Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сплавы на основе цинка

Сплавы на основе цинка

Цинк широко используют для изготовления бижутерии. Застежки, молнии, пуговицы, элементы недорогих бус, декоративные накладки на подарочные папки и ружья, личные украшения (цепочки), ювелирные шкатулки и т. п. выполняются из цинковых сплавов. В чистом виде цинк применяется для антикоррозионных и декоративных покрытий.

Механические свойства цинка характеризуются следующими средними показателями: σв = 15 кГ/мм2, δ = 20 %, ψ = 70 % и НВ = 30 кГ/мм2.

Сплавы на основе цинка применяют для получения художественных и ювелирных отливок литьем под давлением и в кокиль.

Согласно диаграмме состояния системы Zn – Al, приведенной на рис. 9.1, первичными кристаллами являются твердый раствор алюминия в цинке (βфаза), а эвтектикой – смесь кристаллов α и β (αтвердый раствор цинка в алюминии). Однако при медленном охлаждении αфаза при температуре 270 °C распадается с образованием эвтектоида: α → α1 + β, где α1 является также твердым раствором цинка в алюминии, но содержит в своем составе 27 % Zn. Фаза α имеет в составе: 79 % Zn и 21 % Al.

Необходимо указать, что если быстрым охлаждением удается предотвратить распад αтвердого раствора, то в силу неустойчивого его состояния при обычных температурах происходит распад уже в готовых изделиях. Этот процесс часто называют естественным старением. При старении происходит изменение свойств и линейных размеров отливок. Последнее характерно для цинкомагниевых сплавов, а в цинкоалюминиевых и цинкомедных сплавах изменение линейных размеров не наблюдается. Двойной сплав цинка с алюминием имеет структуру, указанную на рис. 9.2.

Рис. 9.1. Диаграмма состояния ZnAI.

Рис. 9.2.

Микроструктура сплава цинка с 4 % алюминия. Видны светлые первичные кристаллы βтвердого раствора и эвтектика α + β (темное поле).

Из других сплавов для ювелирного и художественного литья следует выделить бинарный сплав цинк – медь и тройной сплав для литья под давлением, содержащий 4 % Al, 3 % Си, 0,1 % Mg, остальное Zn. Сплав Zn – Си выгодно отличается от сплава Zn – Al тем, что в нем не наблюдается старение при тех же литейных свойствах. Однако он имеет более низкие механические свойства. Тройной цинковый сплав для литья под давлением с 4 % Al, 3 % Си, 0,1 % Mg имеет наиболее высокие механические свойства и лучшие литейные качества по сравнению с другими цинковыми сплавами. Припои Цинковые припои в основном используют для пайки алюминиевых сплавов. Хорошо оправдал себя припой, представляющий сплав цинка с 40 % кадмия. Этот сплав имеет температуру плавления 266 °C, временное сопротивление 100 МПа и относительное удлинение 5 %.

Припой является заэвтектическим сплавом системы кадмий – цинк, структура которого состоит из первичных кристаллов Pтвердого раствора кадмия в цинке и эвтектики (α + β), где α– твердый раствор цинка в кадмии. Диаграмма состояния приведена на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Диаграмма состояния Cd – Zn.

Дата добавления: 2017-01-08 ; просмотров: 2925 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Цинк и его сплавы

Цинк – синевато-белый металл. Температура плавления цинка 419,5 ºС, удельный вес 7,13 г/см 3 .

Цинк имеет гексагональную решетку от комнатной температуры до температуры плавления. Аллотропических превращений цинк не испытывает. Чистый цинк при комнатной температуре очень хрупок, при температуре 100-150 ºС пластичен, хорошо поддается прокатке и прессованию. Чистый цинк при обычных условиях на сухом воздухе устойчив против коррозии. Во влажной атмосфере или в воде покрывается плотной пленкой углекислой соли, предохраняющей от дальнейшего окисления. При высоких температурах оказывается весьма активным.

Основное количество цинка (до 50% производимого в промышленности) используется для защиты железа и стали от атмосферной коррозии. Цинк и его сплавы широко применяется в полиграфической промышленности для изготовления шрифтов и клише, используются в качестве сплавов для литья под давлением, а также, в некоторых случаях, как проводниковые материалы вместо меди. Его электропроводность составляет 30% от электропроводности меди.

Читайте так же:
Повышающий трансформатор постоянного тока

В качестве примесей в цинке могут быть свинец, олово и железо. Примеси свинца очень сильно влияют на коррозионную стойкость цинка, поскольку электрохимический потенциал свинца значительно отличается от потенциала цинка. Благодаря контактным явлениям на границе между Pb и Zn возникает гальваническая пара, которая активно работает во влажной атмосфере и, особенно, в разбавленных кислотных растворах по механизму электрохимического растворения цинка.

Олово даже при содержании сотых долей процента образует с цинком легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 198 ºС. Еще более легкоплавкая эвтектика образуется при одновременном наличии олова и свинца. Температура плавления тройной эвтектики 150 ºС. Поэтому наличие в цинке и его сплавах примесей олова и свинца резко затрудняет обработку давлением, поскольку уже при 150 ºС под действием даже небольших напряжений происходит межзеренное нарушение.

Примеси железа приводят к образованию хрупких интерметаллидов FeZn7 и Fe3Zn10, охрупчивающих сплавы, в связи с чем содержание железа в цинковых сплавах ограничивается 0,1 %.

Одними из основных сплавов цинка являются уже рассмотренные нами латуни, в которых содержится до 40 % Zn.

Сплавами на основе Zn в основном являются сплавы, содержащие в качестве легирующих элементов алюминий и медь. В связи с высокой жидкотекучестью и легкоплавкостью, цинковые сплавы широко применяют для литья под давлением. Литейные цинковые сплавы содержат до 4,5 % Al и до 5 % Cu. Структура литейных сплавов представляет собой смесь избыточных дендритных кристаллов b фазы и сильно травящегося эвтектоида (a1 + b)э. При ускоренном охлаждении эвтектоидный распад можно подавить, зафиксировав при комнатной температуре переохлажденную a2 фазу. В процессе хранения может протекать распад a2 фазы, т.е. процесс старения, сопровождающийся упрочнением. Однако это приводит к короблению деталей. В связи с этим для увеличения устойчивости a2-фазы в сплав вводят до 0,1% Mg. Литейные цинковые сплавы в литом состоянии имеют сравнительно высокие механические свойства sв = 36 кг/мм 2 , d = 2,5 %. Для защиты от коррозии их никелируют или создают иное антикоррозионное или декоративное покрытие.

Деформируемые цинковые сплавы также легируется алюминием (до 15%), медью (до 5 %) и магнием (0,03-0,05 %). Эти сплавы хорошо прокатываются в листы, обрабатываются глубокой вытяжкой. Сплавы обладают высокой прочностью при удовлетворительной пластичности sв = 360 МПа, d = 6 %, КСU>20 Дж/см 2 .

Наиболее прочным цинковым сплавом является сплав с 32 % Al и 3 % Cu. Этот сплав в горячепрессованном виде имеет sв = 500 МПа, d около 10 %.

Подшипниковые сплавы на основе Zn применяются сравнительно мало. Это связано с тем, что хотя цинковые сплавы имеют большую прочность по сравнению с подшипниковыми сплавами на основе олова, но они очень быстро разрушаются в связи с низкой коррозионной стойкостью.

Цинковые сплавы применяются в качестве припоев для пойки алюминия и магния. Эти сплавы построены на основе системы Zn-Cd. Наиболее широко применяемым припоем является сплав цинка с кадмием с содержанием 40% Cd. Этот сплав соответствует эвтектическому составу с температурой плавления 266 ºС.

Свинец и цинк

Предполагают, что свинец был известен людям, жившим примерно 7—9 тыс. лет назад. Металл легкоплавкий, поэтому и оказался доступным человеку. Но по тем же причинам свинец не стал для человека важным материалом, пригодным для изготовления орудий труда. Это место оказалось занятым медью (и бронзой). Однако и в далеком прошлом свинец находил применение в хозяйстве человека. Так, древние греки уже в то отдаленное от нас время широко использовали свинец для обшивки бортов своих кораблей, изготовления якорей. В 1980 г. аквалангисты московского клуба «Энергия» подняли у побережья Тамани свинцовый шток якоря древнегреческого судна. Он пролежал в воде более 2000 лет.

Читайте так же:
Саморез с прессшайбой гост 10510 2013

Современные токсикологи считают, что свинец сыграл роковую роль в закате римской цивилизации: Рим пал, отравленный свинцом. Археологами обнаружен в костных останках древних римлян в значительных количествах свинец. Дело в том, что свинцовыми были трубы самого древнего в мире римского водопровода. Но особенно губительным для римлян было использование посуды, оправленной в свинец, свинцовых косметических красок, используемых патрицианками. Из-за постоянных отравлений малыми дозами свинца средняя продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Еще 4 тыс. лет назад в Китае имели хождение свинцовые деньги.

Цинк также известен издавна. Об этом свидетельствуют письменные источники Ассирии и Урарту.

Цинк и свинец — тяжелые металлы (плотность их соответственно 11,34 и 7,13 г/см 3 ). Свинец — белый металл, мягкий, ковкий (легко прокатывается в тонкие листы), имеет низкую точку плавления (327,4 °С) и высокую температуру кипения (1740 °С), химически стоек, не пропускает рентгеновские лучи, сплавляется с другими твердыми металлами. Применяется в химической промышленности — покрытия частей аппаратуры, подвергающихся воздействию активных реагентов, покрытия внутренних поверхностей камер для производства серной кислоты, травильных и электролитических ванн Свинец и его соединения используются для производства аккумуляторов, красок, кабеля, дроби, фольги, защитных экранов от радиоактивного излучения; в военном деле (шрапнели, сердечники в пулях); для производства антидетонаторной добавки в бензин (тетраэтилсвинец). Сплавы свинца с медью, сурьмой, оловом, цинком используются в производстве бронз, латуней, баббитов, типографских сплавов.

Цинк — белый металл, обладающий низкой температурой плавления (419,5 °С), кипит при температуре 906 °С, устойчив против коррозии (на воздухе покрывается белым налетом оксида, защищающего его от дальнейшего окисления), способностью давать сплавы с другими цветными металлами Цинк используется для антикоррозийных покрытий — оцинкованные поверхности стальных и чугунных изделий, а также для производства сплавов на основе цинка с добавкой алюминия, меди, магния, обладающих высокими литейными качествами, низкой температурой плавления (что позволяет производить сложное литье под давлением). Цинк используется при производстве латуни, бронзы, мельхиора, антифрикционного металла, типографского сплава. Он идет на изготовление аккумуляторных батарей, на один автомобиль расходуется до 40 кг цинка.

Обычно в природе цинк и свинец встречаются вместе, образуя комплексные свинцово-цинковые полиметаллические руды. Кроме них в состав этих руд часто входят серебро, медь, кадмий, золото, олово, кобальт, висмут, сурьма, молибден, барий, ванадий, индий и другие элементы. Известно более 150 свинцовых и 58 цинковых минералов. Главнейшими рудными минералами являются в производстве свинца — галенит, или свинцовый блеск (сульфид, содержит до 86 % свинца), церрусит (карбонат, 77%), англезит (сульфат, 68%); цинка — сфалерит, или цинковая обманка (сульфид, 67%), смитсонит (карбонат, 52%), цинкит, или красная цинковая руда (оксид, 80%).

В прошлом металл свинец имел иное название, а слово «свинец», очевидно, происходит от названия «свинца» (слитки называют «чушками»). Древние римляне свинец называли «плюмбум — нигрум» или «свинец темный», а олово — «плюмбум — кандиум» или «свинец кандийский» (о-в Кипр в прошлом назывался о-в Кандиум). Галенит по-древнелатински означает «свинцовая руда» или «окалина», которая остается после выплавки свинца. Церуссит происходит от древнегреческого термина, означающего свинцовый карбонат, который затем стал латинским термином «церусса» — белила. Минерал англезит назван по месту его находки на острове Ангаси (Уэльс, Великобритания). Название сфалерит происходит от греческого слова, означающего предательский, непостоянный (поскольку часто в месторождениях этот минерал принимали за галенит, но он не содержал свинца), отсюда и второе имя — цинковая обманка. Смитсонит назван в честь английского химика и минералога Дж. Смитсона, на средства которого создан Смитсоновский институт (Вашингтон, округ Колумбия). Минерал цинкит назван так по составу.

Читайте так же:
Нож из полотна бензопилы

Существует несколько типов полиметаллических месторождений: месторождения замещения, жильные и колчеданные месторождения халькопирит-сфалеритовых руд.

Разведанными запасами свинцово-цинковых руд располагают более трети стран мира. СССР среди них занимает одно из первых мест.

Свинцовый промысел возник в России еще в XVII — начале XVIII вв., с 1698 г. добывается свинец на Нерчинских рудниках в Забайкалье, с 1726 г. — на Алтае. Сейчас разрабатываются месторождения на Рудном Алтае — Золотушинское, Березовское, Зыряновское, Белоусовское; в Средней Азии — Алтын-Топканская группа; в Казахстане — Лениногорское, Текелийское; в Забайкалье — Нерчинское; в Приморье — Дальнегорская группа.

Большие запасы свинца и цинка имеются в Польше, Югославии, Германии, Чехо-Словакии, Венгрии, Болгарии, Албании, КНДР и КНР.

Общие запасы свинца, выявленные по данным 1987 г., в 49 развитых капиталистических и развивающихся странах, составляют 145 млн. т, в том числе подтвержденные 86 млн. т. Почти две трети общих запасов размещено в трех странах (млн. т): США (40), Канаде (24) и Австралии (16).

Общие запасы цинка в 52 развитых капиталистических и развивающихся странах — 296 млн. т, подтвержденные — 171 млн. т, более половины общих запасов располагается в Канаде (56 млн. т), США (53 млн. т) и Австралии (28 млн. т). Кроме того крупные запасы свинца и цинка имеются в ЮАР, Бразилии, Испании, Иране; свинца — в Марокко; цинка — в Индии, Перу, Заире, Ирландии.

В США находятся уникальные месторождения свинца и цинка — Вибурнум Бьюик, на Аляске Рэд Дог. Всего в США насчитывается до 500 месторождений, но основную добычу дают 20—25 крупных горнодобывающих предприятий.

В Канаде основные запасы размещены в уникальных месторождениях Салливан (Скалистые горы, в верховьях р. Колумбии, запасы суммы металлов более 4 млн. т, в том числе серебра 1,4 тыс. т, разрабатывается с 1900 г.), Пайн-Пойнт и др.

В Австралии имеется пять уникальных месторождений полиметаллов — Брокен-Хилл, Маунт-Айза и др. В Мексике основными полиметаллическими месторождениями являются уникальные Санта Барбара, Сан-Мартин. Крупнейшие месторождения имеются в Перу (Серро-де-Паско), в ЮАР (Гамсберг), Ирландии.

Добыча свинца и цинка осуществляется в 38 развитых и развивающихся странах. В 1986 г. производство свинца достигло (в млн. т): 2,3, в том числе в Австралии — 0,4, США — 0,4, Канаде — 0,3, Перу и Мексике — по 0,2, Марокко — 0,1. Добыча цинка составила в металле (в млн. т) — 5, в том числе в Канаде — 1,2, в Австралии — 0,7, Перу — 0,6, Мексике и Японии — по 0,2, в США и Швеции — по 0,2. Международные цены на Лондонской бирже на рафинированный свинец составляют 300 ф. ст. или 500 дол. за 1 т, а на цинк — 600 ф. ст. или 900 дол. за 1 т.

Читайте так же:
Точим ножовку по дереву видео

Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Цинковые сплавы: ГОСТ, температура плавления, свойства, применение

Цинк – это металл синевато-белого цвета, в чистом виде который не могли получить долгое время. Только англичанин Дж. Чемпион в 1738 году приобрел патент на его производство. А через пять лет в Европе появился первый цинковый завод в Бристоле. Его производительность составляла ежегодно всего 200 тонн. По использованию этот популярный цветной металл уступает только меди и алюминию. Выплавляют его в мире миллионы тонн в год.

Свойства цинка

Металл имеет слабые механические свойства. Он ломкий и хрупкий при нормальной температуре, а при повышении ее до 100–150 градусов по Цельсию приобретает тягучесть и легко деформируется: его куют и раскатывают в листы. Для увеличения прочности и температуры плавления в цинк добавляют медь, свинец, олово, алюминий, магний.

Цинк в чистом виде

Это химически активный металл. На открытом воздухе при температуре 100 градусов Цельсия на поверхности появляется пленка и цинк приобретает тусклый вид. Повышенная влажность и углекислый газ способствуют разрушению элемента. Он легко разъедается кислотами и щелочами, поэтому для промышленного использования применяются только сплавы.

Свойства цинковых сплавов

Отмечаются отличные литейные свойства сплавов. Благодаря высокой пластичности в горячем виде, металлы используют для отливок деталей, имеющих сложную форму, глубокие полости, резьбу и тонкой толщины стенки. Они не прилипают к пресс-форме, потому что не вступают в реакцию с железом. Литые детали имеют высокую точность и чистую поверхность. Сплавы обладают отменными механическими свойствами: достаточным пределом прочности, твердостью и хорошо обрабатываются. Их можно паять и сваривать.

Водосточная труба

Из недостатков следует отметить склонность к старению, большую плотность и коррозию. При использовании цинковых сплавов происходит их естественный процесс старения, в результате детали уменьшаются в размерах. Самая большая усадка происходит в первые 5 недель, а последующая – на протяжении очень длительного периода времени. Для компенсации размеров деталей их подвергают термической обработке – отжигу. Для уменьшения коррозии в сплавах ограничивают содержание магния до 0,1 %. Для увеличения долговечности деталей их подвергают защитным покрытиям: никелируют, хромируют, кадмируют.

Виды сплавов

По назначению цинковые сплавы делятся на:

  • Деформируемые. Основу этих сплавов составляет цинк. По свойствам они подобны латуням. Методом литья получают слитки, а из них изготовляют прутки, полосы, листы.
  • Литейные. Имеют высокую текучесть. Отлично заполняют форму, не прилипая к ней. Получаются качественные отливки сложной конфигурации литьем под давлением. обладают низким коэффициентом трения и хорошей прирабатываемостью подшипника к шейке вала.
  • Припои. Применяются для пайки изделий, обладают хорошей пластичностью и прочностью.
  • Типографские. Используют для отливки шрифтов ручного и машинного набора. Заменяют токсичные свинцовые сплавы. Стойкие к истиранию.
  • Протекторные. Защищают внутренние и внешние части морских судов от коррозии. Используют их со специальным лакокрасочным покрытием.

Характеристика и свойства латуни

Медно-цинковый сплав, в котором медь является основным компонентом, а цинк – легирующим, называется латунью. Цвет металла находится в зависимости от состава и изменяется от светло-желтых тонов до красноватых оттенков. Такие сплавы характеризуются устойчивостью к коррозии и обладают высокой прочностью. Они хорошо поддаются разным методам обработки. Текучесть латуни позволяет изготовлять детали, используя метод литья. Применяя пластическую деформацию сплава, из него производят проволоку, листы, ленты, разные профили методом прокатки. Содержание цинка в сплаве может быть различным и составлять от 5 до 45 %. Кроме этого, туда входят и дополнительные легирующие компоненты, которые используются для улучшения свойств латуней:

  • Никель. Способствует увеличению коррозийности и прочности.
  • Кремний. Улучшает антифрикционные свойства.
  • Олово. Влияет на прочность и устойчивость к соленой воде.
  • Свинец. Совершенствует обрабатываемость.
  • Марганец. Воздействует на прочность и коррозийную устойчивость.
Читайте так же:
Станок для производства пластиковых изделий

Изделия из латуни

При различном комбинировании легирующими компонентами получают латуни с необходимыми качествами и характеристиками. Изделия из таких сплавов не подвергаются влиянию окружающей среды, имеют высокую износостойкость.

Применение сплавов

Без цинка и его сплавов не способны существовать многие отрасли от машиностроения до медицины.

Карниз для штор

Применение цинковых сплавов в различных сферах и отраслях:

  • машиностроительная – для производства бензобаков, крышек багажников, корпусов карбюраторов, глушителей, бензонасосов, радиаторов, насосов, фурнитуры;
  • литейная – затворы оружия;
  • электротехническая – изготовление аккумуляторов, батареек;
  • полиграфическая – для набора текстов и печати иллюстраций;
  • обрабатывание металлоконструкций – металлизация и оцинковка различных поверхностей от разрушения и коррозии металла;
  • медицина – антисептические и противовоспалительные средства, получение радионуклидов для диагностики и лечения ряда заболеваний;
  • производство краски – изготовление цинковых белил;
  • строительная – для кровли, облицовки стен, водосточных труб, желобов;
  • искусство – чеканка монет, графика;
  • ювелирная – личные украшения, шкатулки, пуговицы, молнии, декоративные накладки;
  • бытовая – для кухонного оборудования, карнизов.

Цинковые литейные сплавы

К сплавам для литья под давлением предъявляются следующие требования. Они должны:

  • обладать отличной жидкотекучестью;
  • не вступать в реакцию и не привариваться к пресс-форме;
  • иметь небольшой интервал кристаллизации;
  • располагать прочностью при высоких температурах.

Коленчатый вал

Такие сплавы используются в следующих случаях:

  1. Для отливки под давлением деталей, имеющих сложную конфигурацию и тонкие стенки. Так получают детали тормозной аппаратуры, насосы, используя свойства сплавов, как устойчивость к растрескиванию, жидкотекучесть, низкая температура плавления.
  2. Для изготовления литых декоративных изделий. После гальванизации на поверхности устанавливается красивое и прочное покрытие. Оно может оказаться не совсем качественным при пористой поверхности или излишнем содержании алюминия.
  3. Для получения антифрикционных цинковых сплавов, используемых в машиностроении.
  4. Для литья типографских шрифтов. С изменением технологий отпадает необходимость их изготовления.

Автомобилестроение

Автомобильная промышленность – это одна из передовых областей машиностроения. Здесь стабильно проводятся исследования по использованию новейших материалов и сплавов, которые обладают значительными эксплуатационными и технологическими свойствами. К ним можно отнести и цинковые сплавы по ГОСТ 21437-75.

Автомобильный аккумулятор

К нему принадлежат четыре марки сплавов, две из которых относятся к литейным, а другие – к обрабатываемым давлением. Данные материалы используются для производства деталей автомобиля (втулок и подшипников), обладающих антифрикционными свойствами. Литые сплавы из цинка ГОСТ 19424-74 и 25140-82 применяют для изготовления карбюраторов, имеющих сложную форму, и бензонасосов методом литья под давлением, используя их свойство высокой жидкотекучести. Недостаток сплавов – детали практически не подлежат ремонту.

Вместо заключения

Латуни – цинковые сплавы — находят широкое применение в машиностроительной промышленности. Их используют для производства особо прочных деталей, где требуются точные отливки. Большая часть вырабатываемого в мире цинка идет на изготовление оцинкованной стали, потому что он образует защитную пленку, предотвращая их от коррозии. Незаменимы сплавы при изготовлении различных источников электрического тока. Являясь компонентом в припоях, этот цветной металл снижает температуру плавления. Медицинские препараты, содержащие окиси цинка, обладают противовоспалительными и антисептическими свойствами.

Микроэлемент - цинк

Недостаточное количество содержания цинкового микроэлемента в организме человека приводит к возникновению серьезных заболеваний: язвы желудка, цирроза печени, атеросклероза.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector