Конструкционные электротехнические материалы

Таблица 2.2 Отличительные особенности сверхпроводников

Все интерметаллические соединения и сплавы относятся к сверхпроводникам II рода. Однако деление веществ по их сверхпроводящим свойствам на два вида не является абсолютным. Любой сверхпроводник I рода можно превратить в сверхпроводник II рода, если создать в нем достаточную концентрацию дефектов кристаллической решетки. Например, у чистого олова Тсв = 3,7 К, но если вызвать в олове резко неоднородную механическую деформацию, то критическая температура возрастёт до 9 К, а критическая напряжённость магнитного поля увеличится в 70 раз.

Применение сверхпроводников. Сверхпроводящие элементы и устройства находят все более широкое применение в самых различных областях науки и техники. Разработаны крупномасштабные долгосрочные программы промышленного использования сильноточной сверхпроводимости.

Золото и серебро - металлы, соответственно, жёлтого и белого цвета. Они имеют гранецентрированную кубическую решётку, отличаются исключительной ковкостью и тягучестью. Так, прокаткой золотой пластинки можно получить фольгу толщиной 0,0001 мм. Такое тонкопрокатанное золото просвечивает и в проходящем свете кажется зелёным. Из золота и серебра можно вытянуть проволоку диаметром в 0,001 мм. Тепло- и электропроводность обоих металлов весьма высока: серебро в этом отношении превосходит все другие металлы, золото уступает лишь меди и серебру. Близость размеров кристаллических решёток обоих металлов позволяет получать их сплавы в виде непрерывного ряда твёрдых растворов.

Важнейшие физические свойства золота и серебра приведены в таблице 2.4.

Отличительной особенностью этих элементов является склонность к комплексообразованию и лёгкость восстановления большинства их соединений до металлов.

Золото - благородный металл. Низкая химическая активность является важным и характерным свойством этого металла. На воздухе, даже в присутствии влаги, золото практически не изменяется. Золотые изделия, изготовленные в глубокой древности, в неизменном виде сохранились до наших дней. Даже при высоких температурах золото не взаимодействует с водородом, кислородом, азотом, серой и углеродом.

Золото соединяется с галогенами, причём с бромом процесс идёт уже при комнатной температуре, а с фтором, хлором и йодом - при нагревании.

Таблица 2.4 Важнейшие физические свойства золота и серебра

Разделение золота и серебра и получение их в чистом виде осуществляют приёмами аффинажа. Известно несколько методов аффинажа золота и серебра. Наибольшее распространение получили хлорный процесс и электролитическое рафинирование.

Аффинаж осуществляют на специализированных аффинажных заводах. Поступающее сюда сырьё отличается большим разнообразием. Основная масса золота поступает в виде сплавов, получаемых в результате плавки обработанных золото-цинковых осадков, чернового золота после отпарки амальгамы, шлихового золота, получаемого при обогащении россыпей и руд, катодного чернового золота из тиомочевинных регенератов. Перечисленные материалы имеют сложный химический состав. Помимо золота и серебра они содержат в виде примесей медь Cu, свинец Pb, ртуть Hg, мышьяк As, сурьму Sb, олово Sn, висмут Bi и другие элементы.

Физические свойства металлов платиновой группы весьма сходны между собой (таблица 2.5). Это очень тугоплавкие и труднолетучие металлы светло-серого цвета разных оттенков. По плотности платиновые металлы разделяют на лёгкие (рутений Ru, родий Rh, палладий Pd) и тяжёлые (осмий Os, иридий Ir, платина Pt). Самые тяжёлые металлы - осмий и иридий, самый легкий - палладий.

Платина, палладий, родий и иридий кристаллизуются в гранецентрированные кубические (г.ц.к.) решётки. Кристаллические решётки осмия и рутения - гексагональные с плотной упаковкой. При воздействии на растворы солей восстановителями платиновые металлы могут быть получены в виде «черни», обладающей высокой дисперсностью.

Температуры кипения и плавления металлов в обеих триадах убывают слева направо - от рутения к палладию и от осмия к платине, и снизу вверх по вертикали в периодической системе. Наиболее тугоплавкие - осмий и рутений, самый легкоплавкий - палладий. Температуры кипения платиновых металлов очень высокие. Однако при прокаливании на воздухе рутений постепенно, а осмий быстро улетучиваются вследствие образования летучих тетраоксидов. Наблюдается также улетучивание платины (начиная с 1000 °С), иридия (с 2000 °С) и родия, объясняемое образованием летучих оксидов.

Таблица 2.5 - Физические свойства платиновых металлов

Осмий, рутений, иридий и родий очень тверды и хрупки. Для платиновых металлов характерна высокая стойкость по отношению к химическим реагентам, которая для разных платиновых металлов проявляется по-разному. Более того, стойкость этих металлов в большой степени зависит от степени их дисперсности. Если компактные платиновые металлы весьма стойки к различным реагентам, даже при повышенной температуре, то дисперсные формы металлов активно взаимодействуют с различными окислителями, особенно при повышенной температуре.

Платина. При обычной температуре платина не взаимодействует с минеральными и органическими кислотами. Серная кислота при нагреве медленно растворяет платину. Полностью платина растворяется в царской водке

3Pt + 4HNO₃ + 18НС1-3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8Н₂О.

При повышенных температурах платина взаимодействует с едкими щелочами, фосфором и углеродом.

Концентраты платиновых металлов, полученные непосредственно из коренных руд или после переработки анодных шламов, и шлиховую платину из россыпных руд передают на аффинажные заводы для получения чистых платиноидов.

Технологические схемы аффинажа платиновых металлов насчитывают десятки взаимосвязанных операций с многочисленными оборотами растворов и полупродуктов, с постепенным выделением тех соединений, из которых непосредственно можно получить очищенные платиновые металлы.

Сырьём для получении платиновых металлов служат: шлиховая платина, извлекаемая при разработке и обогащении россыпей, концентраты, выделяемые в результате обогащения и гидрометаллургической обработки анодных шламов электролиза никеля и меди, лом вторичных платиновых металлов и другие отходы.

2.6 Цветные металлы и сплавы

Важнейшими цветными металлами являются медь Cu, алюминий Al, магний Mg, титан Ti, олово Sn, свинец Pb, никель Ni. Эти металлы обладают особо ценными свойствами и поэтому, несмотря на относительно высокую стоимость, их широко используют в промышленности. Цветные металлы применяются в электротехнической промышленности, авиации, радиоэлектронной промышленности и др.

Получение цветных металлов из руд - это сложный дорогостоящий процесс, поэтому в настоящее время разрабатываются пути создания новых технологий их производства. Мировое производство цветных металлов, в том числе и редких (тантала, германия, ниобия и др.), непрерывно возрастает. В качестве конструкционных материалов цветные металлы применяются, главным образом, в виде сплавов.

По применению в промышленности медь занимает среди цветных металлов второе место после алюминия. Это объясняется её высокими тепло- и электропроводностью, пластичностью. Медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, у нее повышенная коррозионная стойкость.

Чистая медь имеет розовато-красный цвет, плотность её 8,93 г/см³, температура плавления 1083 С. В отожжённом состоянии у_В 250 МПа, д = (45-60) %, твёрдость 60 НВ. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной решётке и полиморфных превращений не имеет. Благодаря высокой электропроводности около половины всей произведённой меди используют в электро- и радиотехнической промышленности для изготовления проводников, монтажных и обмоточных проводов, токопроводящих деталей приборов, аппаратов, в электровакуумной технике. Как конструкционный материал медь не используется из-за высокой стоимости и низких механических свойств. Маркируется буквой М и цифрами, зависящими от содержания примесей. Медь марок М00 (0,01 % примесей), МО (0,05 % ) и М1 (0,1 %) используется для изготовления проводников электрического тока, медь М2 (0,3 % ) - для производства высококачественных сплавов меди, МЗ (0,5 %) - для сплавов обыкновенного качества. Широкое использование в промышленности имеют сплавы меди с другими элементами - латуни и бронзы.

Сплав меди с цинком называется латунью. Механические свойства латуни - прочность и пластичность - выше, чем меди, она хорошо обрабатывается резанием, давлением, характеризуется высокими коррозионной стойкостью, теплопроводностью, электропроводностью. Большим преимуществом латуней является сравнительно низкая их стоимость, так как входящий в состав сплава цинк значительно дешевле меди. Максимальную прочность имеет латунь, содержащая 45 % цинка, её у_В = 350 МПа, а максимальную пластичность - латунь, содержащая 32 % цинка, ее д = 55 %. При увеличении содержания цинка выше 39 % резко падает пластичность, а выше 45 % и прочность. Поэтому латуни, содержащие более 45 % цинка, не применяются.

По химическому составу различают простую (двойную) латунь, в которой содержатся только медь и цинк, и сложную (специальную), в которой кроме цинка содержатся примеси: никель, свинец, олово, кремний и др. Специальная латунь отличается повышенной прочностью, лучшими антикоррозионными и технологическими свойствами. По технологическому признаку латуни делятся на литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением).

Латуни маркируются буквой Л. В деформируемых латунях указывается содержание меди и легирующих элементов, которые обозначаются соответствующими буквами (О - олово, А - алюминий, К - кремний, Н - никель, Мц - марганец, Ж - железо, С - свинец). Содержание элементов даётся в процентах после всех буквенных обозначений. Например, латунь Л63 содержит 63 % меди и 37 % цинка. Латунь ЛАЖ 60-1-1 содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа и 38 % цинка.

Латуни, содержащие до 15 % цинка Л90, Л85, называют томпаком, они имеют цвет золота и применяются для изготовления украшений. Обрабатываемые давлением латуни марок Л68 и Л70 используют для производства патронных гильз, Л90 и Л85 - лент, труб, радиаторов. Специальные литейные латуни применяют для изготовления втулок, подшипников (например, латунь марки ЛЦ40АЖ), литых деталей судовой арматуры, подвергающейся действию морской воды (ЛЦ16К4), для коррозионностойких деталей в машиностроении используют латунь ЛЦЗОАЗ и др.

Сплав меди с оловом, алюминием, свинцом и другими элементами, среди которых цинк и никель не являются основными, называют бронзой. По основному легирующему элементу бронзы делятся на оловянные, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовые и др. Бронзы обладают хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатываются давлением и резанием. Большинство бронз отличаются высокой коррозионной стойкостью и, кроме того, широко используются как антифрикционные сплавы.

По технологическому признаку бронзы делят на деформируемые и литейные. Маркируются бронзы буквами Бр, за которыми показывается содержание легирующих элементов в процентах. Обозначения легирующих элементов и отличия в марках деформируемых и литейных сплавов у бронз такие же, как у латуней. Например, деформируемая бронза БрОФ 6,5-0,4 содержит 6,5 % олова и 0,4 % фосфора, а литейная бронза БрОЗЦ7С5Н - 3 % олова, 7 % цинка, 5 % свинца, менее 1 % никеля.

Особенно широкое применение в машиностроении имеют оловянные бронзы. Они обладают высокими механическими (у_В = (150-350) МПа; д = (3-15) %; (60-90) НВ) и антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, хорошо отливаются и обрабатываются резанием. По структуре оловянные бронзы, подобно латуням, бывают однофазными и двухфазными. Обычно вторая фаза выделяется при содержании олова больше (7-9) %. Поэтому бронзы с содержанием олова выше 12 % не применяются. Однофазные оловянные бронзы, имеющие высокую пластичность, используются в качестве деформируемых, двухфазные - в качестве литейных. Для улучшения качества в оловянную бронзу вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Литейные оловянные бронзы БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С2, БрО10Ф1 и др. применяют для получения деталей машин, работающих в условиях морской и пресной воды, для изготовления антифрикционных деталей (вкладышей подшипников скольжения). Литейные оловянные бронзы имеют самую низкую усадку и наилучшую жидкотекучесть среди всех медных сплавов.

Олово - дорогостоящий и дефицитный материал, поэтому стремятся использовать безоловянные бронзы, которые состоят из меди с алюминием или кремнием, бериллием, свинцом, железом и др.

Алюминиевые бронзы обладают более высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью по сравнению с оловянными, но их литейные свойства ниже. Дополнительное легирование алюминиевых бронз железом, никелем и марганцем повышает их механические свойства. Никель также увеличивает коррозионную стойкость и жаростойкость. По структуре, как и оловянные, алюминиевые бронзы могут быть однофазными (до 9 % Аl) и двухфазными. Однофазные характеризуются высокой пластичностью и используются для холодной и горячей обработки давлением. Двухфазные, обладающие большей твёрдостью и хрупкостью, обрабатываются давлением в горячем состоянии и используются в качестве литейных. Используют деформируемые алюминиевые бронзы следующих марок: БрА5, БрАЖ9-4, БрАМц9-2, БрАЖМцЮ-3-1, БрАЖН 10-4-4 и др. Эти бронзы применяют для изготовления поковок, труб, проволоки, прутков и др.

К литейным относят алюминиевые бронзы марок БрА10ЖЗМц2, БрА9Ж4, БрАПЖбНб и др.

Марганцовистые бронзы (БрМц5) менее прочны, но обладают высокой пластичностью и хорошей coпротивляемостью коррозии, сохраняют механические свойства при повышении температуры до 400-500 °С.

Свинцовые бронзы марок БрСЗО и с добавкой олова БрОС2-5-1,5, БрОС8-12 отличаются высокими антикоррозионными свойствами и теплопроводностью (в 4 раза больше, чем у оловянных). Свинец почти не растворяется в меди. Структура свинцовой бронзы состоит из кристаллов меди с включениями свинца. Это придаёт бронзе хорошие антифрикционные свойства, а высокая, теплопроводность позволяет хорошо отводить тепло из зоны трения.

Бериллиевые бронзы марок БрБ2, БрБН1-7, БрБН4-5 являются дисперсионно твердеющими сплавами. Они подвергаются закалке от 760 до 780 °С, при этом образуется однородный твёрдый раствор. В результате искусственного строения при (300-350) С из твёрдого раствора выделяются дисперсные частицы, упрочняющие сплав. Бериллиевые бронзы после термообработки имеют высокие механические свойства, например, у бронзы марки БрБ2 у_В=1250 МПа, 350 НВ, высокий предел упругости, хорошие коррозионная стойкость, теплостойкость, не образуется искры при ударе. Бериллиевую бронзу легируют также титаном. Из неё изготовляют детали особо ответственного назначения: пружины, пружинящие контакты, детали, работающие на износ (кулачки полуавтоматов) и т. д.

Кремнистые бронзы марок БрКМцЗ-1, БрКН1-3, БрКМцЗ-1 заменяют дорогостоящие оловянные и бериллиевые бронзы. Они легко обрабатываются давлением, резанием, свариваются, обладают высокими упругостью, коррозионной стойкостью. Применяются для производства пружин и пружинящих деталей приборов, эксплуатируемых при температурах до 250 °С, а также в агрессивных средах.

Медно-никелевые сплавы. К медно-никелевым сплавам относятся сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является никель, они маркируются буквой М, за которой следует обозначение и содержание легирующих элементов как в деформируемых латунях и бронзах. Легирование меди никелем значительно повышает её механические свойства и коррозионную стойкость.

Мельхиоры. МНЖМцЗО-1 -1, МН19 характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной и морской воде, растворах солей, органических кислотах. Они хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии. Применяются в морском судостроении, в химической промышленности, для изготовления хирургического инструмента.

Сплавы на основе системы Сu - Ni - Zn называются нейзильберами (МНЦ 15-20, МНЦС 16-29-1,8). Легирование цинком приводит к повышению механических свойств и удешевлению медно-никелевых сплавов, а также делает их внешне похожими на серебро. Свинец вводится в нейзильберы для улучшения обрабатываемости резанием. Нейзильберы характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Они применяются в приборостроении, медицине, быту.

Сплавы системы Сu - Ni - А1 называются куниалями. Они характеризуются высокими механическими свойствами, упругостью, коррозионной стойкостью. Эти сплавы упрочняются в результате термической обработки, которая заключается в закалке от (900-1000) С в воде и старении при (500-600) °С. Куниаль А МНА 13-3 используется для изделий повышенной прочности, а куниаль БМНА 6-1,5 - для ответственных пружин и в электротехнической промышленности.

Одним из наиболее лёгких конструкционных материалов является алюминий. Его плотность 2,7 г/см³, температура плавления 658 °С. В отожжённом состоянии алюминий обладает малыми прочностью у_В = (80-120) МПа и твёрдостью (25НВ), небольшой пластичностью д = (35-45) %. Кристаллизуется алюминий в кубической гранецентрированной решётке и полиморфных превращений не имеет. Отличается высокой коррозионной стойкостью в пресной воде, атмосфере.

Алюминий получают из руд, содержащих оксиды алюминия: из бокситов, нефтелинов, алунитов. Основной рудой являются бокситы, содержащие (40-80) % глинозёма (А1₂О₃). Производство алюминия состоит из двух процессов: выделения глинозема из руды и его электролиза.

Благодаря высокой пластичности и электропроводности алюминий широко применяют в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей; в авиационной промышленности - труб, маслопроводов и бензопроводов; в легкой и пищевой промышленности - фольги, посуды. Алюминий используют как раскислитель при производстве стали. Ввиду низкой прочности и незначительной упрочняемости при пластической деформации в холодном состоянии технически чистый алюминий как конструкционный материал применяют сравнительно редко. В результате сплавления его с магнием, медью, цинком и другими металлами получены сплавы с достаточно высокой прочностью, малой плотностью и хорошими технологическими свойствами. Различают литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением) алюминиевые сплавы.

Литейные сплавы алюминия маркируются буквами АЛ и числом, показывающим условный номер сплава. Наибольшее распространение получили сплавы алюминия с кремнием, образующие эвтектику при содержании 11,6 % кремния. Эти сплавы называются силуминами.

Широко применяется силумин эвтектического состава АЛ2, содержащий (10-12) % кремния. Структура этого сплава представляет собой грубодисперсную эвтектику с включениями первичного кремния.

Кроме силуминов используются литейные сплавы алюминия с медью и магнием. Они обладают значительно большей прочностью, чем силумины, но их литейные свойства хуже.

Литейные сплавы алюминия с медью (АЛ 19 и др.) содержат до 6 % меди и небольшое количество других элементов. Они отличаются повышенной прочностью и жаропрочностью при температуре до 300 °С. Эти сплавы упрочняются закалкой и старением. Они хорошо обрабатываются резаньем и свариваются. Недостатком этих сплавов является низкая коррозионная стойкость.

Литейные сплавы алюминия с магнием (АЛ 8 и др.) содержат до 13 % магния и небольшое количество других легирующих элементов. Они характеризуются высокой коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах, обрабатываются резаньем и свариваются. Эти сплавы упрочняются закалкой без старения.

Деформируемые сплавы алюминия применяются для изготовления проволоки, фасонных профилей и различных деталей, получаемых ковкой, штамповкой или прессованием. Эти сплавы делят на неупрочняемые термообработкой и упрочняемые. К неупрочняемым относят сплавы алюминия с марганцем и магнием. Они обладают высокой коррозионной стойкостью, умеренной прочностью, высокой пластичностью, хорошо свариваются. Их применяют для изделий, эксплуатируемых в агрессивной среде, а также изготавливаемых путём глубокой штамповки: рам и кузовов, перегородок зданий, переборок судов, бензиновых баков и т. п. Их маркировка: АМц - сплавы алюминия с марганцем и АМг,..., АМг7 - с магнием.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой, имеют наибольшую плотность (3 г/см³) и высокую прочность (у_В до 700 МПа). Их применяют для изготовления ответственных деталей. Наиболее распространённым сплавом этой группы является дуралюмин. Основным компонентом, упрочняющим дуралюмин, является медь (до 5 %), в качестве дополнительных легирующих элементов используют магний (до 1 %), марганец (до 2 %), титан и др. Медь и магний способствуют дисперсному твердению сплава при термообработке за счёт выделения дисперсных частиц СuА1₂ и Al₃Mg₂. Марганец усиливает упрочнение и повышает коррозионную стойкость. Достоинством дуралюмина является высокая удельная прочность (отношение предела прочности к плотности), что особенно важно в самолетостроении. Например, из сплава марки Д16 делают обшивку, лонжероны самолетов, кузова автомашин и т. д. Недостатком дуралуминов является пониженная коррозионная стойкость, особенно по отношению к межкристаллитной коррозии. Для повышения коррозионной стойкости листы дуралюмина плакируют техническим алюминием марок А7, А8.

Высокопрочные сплавы алюминия содержат кроме меди и магния дополнительно цинк (до 10 %). Эти сплавы маркируются буквой В (В95, В96), подвергаются термообработке, аналогичной термообработке дуралюмина.

Ковочные сплавы алюминия предназначены для производства деталей ковкой и штамповкой. Маркируются буквами АК и числом, показывающим порядковый номер. По химическому составу близки к дуралюмину (сплав АК1 совпадает по составу с Д1), иногда отличаясь более высоким содержанием кремния (АК6, АК8). Подвергаются аналогичной термообработке. Ковочные сплавы характеризуются высокой пластичностью и трещиностойкостью при горячей обработке давлением. Ковку и штамповку деталей из этих сплавов производят при температуре 450-475 С.

Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности АВ (авиаль), АД 31, АД 33 относятся к системе AL -Mg - Si. Они упрочняются закалкой (520-530 °С) и искусственным старением (160-170 С, время выдержки 10-12 ч). Эти сплавы удовлетворительно свариваются, обрабатываются резанием в закалённом и состаренном состоянии. Авиаль АВ обладает наибольшей прочностью, но наименьшей коррозионной стойкостью (склонен к межкристаллитной коррозии). Сплавы АД 31 и АД 33 обладают большей коррозионной стойкостью, способны работать во влажной атмосфере и морской воде в интервале температур от -70 до +50 С. Применяются данные сплавы для изготовления лопастей и кабин вертолетов, в судостроении, строительстве.

К жаропрочным алюминиевым сплавам относятся и дуралюмины Д20, Д21, легированные дополнительно титаном, и сплав АК 4 - 1, легированный железом и никелем. Эти сплавы способны работать при температуре 300 С, они хорошо деформируются в горячем состоянии, удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резаньем. Для защиты от коррозии подвергаются анодированию и покрытию лакокрасочными материалами. Отличаются высокой износостойкостью. Сплав АК 4-1 используется для деталей реактивных двигателей.

Сверхлегкие алюминиевые сплавы легируют литием, который имеет очень низкую плотность - 0,5 г/см³. Применение этих сплавов позволяет снизить массу деталей, что особенно важно в самолето- и ракетостроении. Сплав ВАД 23 относится к системе AL-Сu-Li, а сплав 1420 - к системе А1 - Mg - Li. Эти сплавы упрочняются закалкой и искусственным старением. По сравнению с дуралюмином Д16 сплав 1420 имеет пониженную на 11 % плотность и повышенный на 4 % модуль упругости. Это позволяет при его использовании снизить массу на 10-15 %. Сплав 1420 характеризуется коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Магний - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на его поверхности оксидной плёнки. Не имеет полиформных превращений и кристаллизуется в гексогональной плотноупакованной решётке. Температура плавления магния невысока и составляет 651 С. Магний - наиболее лёгкий металл, используемый в промышленности, его плотность 1,74 г/см³. Это и обусловило применение магния и его сплавов в различных отраслях промышленности и главным образом в авиации. Получают магний из магнезита, содержащего 28,8 % магния, и из доломита, содержащего 21,7 % магния, а также из других магниевых руд. Металлический магний получают в основном путём электролиза магния из расплавленных солей.

Магний неустойчив против коррозии. При повышении температуры он интенсивно окисляется. При этом оксидная плёнка магния (MgO) не обладает защитными свойствами (как плёнка А1₂О₃ на алюминии), так как её плотность значительно выше плотности магния, поэтому она растрескивается. С возрастанием температуры скорость окисления магния резко возрастает, и выше 500 °С магний самовоспламеняется. Поэтому при использовании магния и его сплавов, особенно при разливке, следует принимать меры против его окисления и воспламенения. Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния представляют большую опасность, так как возгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг9б (99,96 % Mg), Мг95 (99,95 % Mg), Мг90 (99,90 % Mg). Чистый магний вследствие низких механических свойств как конструкционной материал не применяется.

Основные легирующие элементы магниевых сплавов - алюминий, цинк и марганец. Прочность ряда магниевых сплавов может быть повышена закалкой и старением.

Деформируемые сплавы системы Mg-Al-Zn (MA2, МА2-1, МА5) обладают хорошей технологической пластичностью, что позволяет изготовлять из них кованые и штампованные детали сложной формы, например, крыльчатки и жалюзи капота самолёта.

Титан - серебристо-белый металл плотностью 4,5 г/см³, температурой плавления 1670 С. Ниже температуры 882 С существует б-титан, имеющий объёмно-центрированную кубическую кристаллическую решётку. При 882 С происходит полиморфное превращение, и выше этой температуры существует в-титан, имеющий гексагональную плотноупакованную решётку. Титан характеризуется низкими электропроводностью и теплопроводностью. Технически чистый титан марок ВТ1-00 содержит не более 0,4 % примесей, ВТ1-0 не более 0,55 %, ВТ1 не более 0,1 % примесей. Прочность титана у_В = (300-500) МПа, относительное удлинение у = (20-30) %. Чем больше в титане примесей, тем он прочнее и менее пластичен. Технический титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается (в среде аргона), но обработка его резанием затруднена.

Главное преимущество титана и его сплавов состоит в сочетании высоких механических свойств с коррозионной стойкостью в агрессивных средах (в азотной, соляной и фтористой кислотах) и низкой плотностью.

Высокая коррозионная стойкость титана достигается за счёт образования на его поверхности плотной оксидной плёнки. Главные недостатки титана - склонность к взаимодействию с газами при температурах выше (500-600) °С, высокая стоимость, плохая обрабатываемость резанием, низкая износостойкость. Главная цель легирования титана - повышение механических свойств. Такие легирующие элементы, как: Al, Fe, Mn, Cr, Sn, V - повышают прочность титана, несколько снижая при этом пластичность и вязкость; Al, Zr, Mo, Sn - увеличивают жаропрочность; Mo, Zr, Nb, Та - повышают коррозийную стойкость.

По технологическому признаку титановые сплавы классифицируются на деформируемые, литейные и порошковые. По свойствам титановые сплавы делятся на высокопластичные, сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, коррозионностойкие.

Литейные титановые сплавы имеют меньшую прочность и пластичность, чем деформируемые. Упрочняющая термическая обработка для них не применяется, так как при этом резко снижается пластичность.

Область применения титановых сплавов очень велика: в авиации (обшивка самолётов, диски, лопатки компрессоров и т. д.); в ракетной технике (корпуса двигателей, баллоны для сжатых и сжиженных газов); в химическом машиностроении (оборудование, находящееся в среде хлора и его растворов, детали, работающие в азотной кислоте, теплообменники); в судостроении (обшивка морских судов, поэтому эти суда не требуют окраски); в энергомашиностроении (диски, лопатки стационарных турбин); в криогенной технике. В автомобильной отрасли применяемые титановые сплавы позволяют уменьшить массу автомобильных и дизельных двигателей, увеличить их частоту вращения и мощность.

Цинк - синевато-белый металл, обладающий высокой пластичностью (д = 50 %), низкой прочностью (у_В = 150 МПа) и невысокой твёрдостью (НВ 45). Температура плавления цинка 419 °С, плотность относительно высокая - 7,1 т/м³. Кристаллическая решётка гексагональная. Полиморфных модификаций не имеет. При температуре 100-150 °С цинк очень пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной до сотых долей миллиметра. При 250 °С становится хрупким.

В зависимости от содержания примесей цинк делится на марки ЦВ (99,99 % Zn); Ц0 (99,96); Ц1 (99,94); Ц2 (99,9); ЦЗ (98,7); Ц4 (97,5). Основные примеси в техническом цинке - свинец, железо, кадмий. Около половины всего производимого цинка расходуется на защиту стали от коррозии. Цинкованию подвергаются стальные листы, лента, проволока, крепёжные детали, трубопроводы. Поскольку цинк в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованной стали в коррозионную среду разрушается цинк.

Сплавы на основе цинка характеризуются невысокой температурой плавления, хорошей жидкотекучестью, легко обрабатываются давлением и резанием, свариваются и паяются. Коррозионная стойкость у цинковых сплавов приблизительно такая же, как у технического цинка или оцинкованной стали. Маркируются цинковые сплавы буквой Ц, после которой следует буква А (алюминий) и М (медь) и цифры, показывающие приблизительное содержание алюминия и меди в процентах. Например, сплав ЦАМ4-3 содержит около 4 % А1 и около 3 % Сu.

Свинец - металл голубовато-серого цвета. Обладает высокой пластичностью (д=60 %), очень низкой прочностью (у_В = 13МПа) и очень низкой твёрдостью (НВ 3). Температура плавления 327 °С, плотность 11,3 г/см³. Кристаллизируется в гранецентрированной кубической решётке, полиморфных модификаций не имеет. Металлический блеск свежего разреза свинца постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей плёнки РbО, предохраняющей свинец от дальнейшего окисления.

Свинец широко применяют в производстве свинцовых аккумуляторов, используют для изготовления аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. Свинец хорошо поглощает гамма и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия. Из свинца изготовляют контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратуру рентгеновских кабинетов и др. Большое количество свинца идёт на изготовление оболочек электрических кабелей, защищающих их от коррозии и механических повреждений.

Среди сплавов на основе свинца различают низколегированные и высоколегированные. К низколегированным относятся сплавы, содержащие малые добавки Fe, Сu, Sb, Sn, Cd или Са в концентрациях, не снижающих коррозионную стойкость свинца.

Олово - белый блестящий металл, характеризующийся высокой пластичностью (д=90 %), низкой прочностью (у_В =17 МПа) и очень низкой твердостью (НВ 4). Температура плавления 232 С. Олово имеет две полиморфные модификации. Кристаллическая решётка обычного белого олова (в-олово) тетрагональная, плотность 7,3 т/м³. При температурах ниже 18 °С устойчиво серое олово (б-олово), имеющие кристаллическую решётку типа алмаза и плотность 5,85 т/м³. При охлаждении серое олово появляется на белом в виде отдельных бугорков на поверхности. Превращение белого олова в серое сопровождается увеличением объёма примерно на 25 %. Поэтому при превращении олово разрушается, рассыпаясь в серый порошок. Переход облегчается при контакте с частицами серого олова и распространяется подобно «болезни» (так называемая «оловянная чума»). Однако скорость превращения (в>б весьма мала и достигает максимального значения (0,004 мм/час) при температуре минус 32 °С. Ввиду столь малой скорости превращения белое олово сравнительно длительное время может сохраняться при температурах ниже 18 °С.

Около 50 % всего производимого олова составляет вторичный металл. Его получают из отходов белой жести, лома и различных сплавов. В зависимости от содержания примесей олово делится на марки 01 (99,9 % Sn); O2 (99,56); ОЗ (98,35); 04 (96,25). Олово О1 и О2 используется для лужения, ОЗ и О4 применяют для пайки. Несмотря на то, что прочность олова невысока, прочность паяного шва вследствие образования твёрдых растворов с основным металлом достигает 40-90 МПа и выше. Из олова также изготовляют припои, подшипниковые сплавы.

Тугоплавкими называют металлы, температура плавления которых выше 1700 °С. Наиболее тугоплавки вольфрам W (3410 °С), молибден Mo (2620 С), тантал Ta (2996 С), хром Cr (1875 С), рутений Ru, гафний Hf и др. Тугоплавкие металлы и их сплавы широко применяют как жаропрочные при строительстве ракет, космических кораблей. Эти металлы получают из порошков путём прессования и последующего их спекания в брикеты, а также плавкой заготовок в электродуговых и электронно-лучевых печах.