Полезные ископаемые

 

 

 

Деформируемые алюминиевые сплавы относятся к весьма пластичным материалам. Из алюминиевых сплавов изготавливают практически все известные в технике деформируемые полуфабрикаты: фольгу, листы, плиты, прутки (круглые, шестигранные и т.д.), трубы, ребристые панели, проволоку.  Заготовками во всех служат слитки, отлитые методом непосредственного литья. При производстве полуфабрикатов широко используют различные способы холодной и горячей обработки давлением. Так прутки, профили, панели, тонкостенные трубы изготавливают прессованием. Горячей деформацией - ковкой или штамповкой на молотах и прессах получают кованные и штампованные заготовки для деталей сложной конфигурации. Листы, тонкую проволоку получают прокаткой или волочением.

Пластическая деформация металла при обработке давлением не только является средством формообразования, но она также координально изменяет структуру алюминиевых сплавов и тем самым эффективно влияет на их свойства.

Алюминиевые деформируемые сплавы не упрочняемые ТО отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.Из них изготавливают детали методами глубокой штамповки и сваркой. Прочность этих сплавов сравнительно невысокая. К этой группе сплавов относятся такие как АМг и АМц, условное обозначение которых приведено в таблице 23.

Алюминиевые деформируемые сплавы, упрочняемые ТО сочетают малый удельный вес с высокой прочностью.

Предел прочности сплавов достигает σв = 70 кгс/мм2, что превосходит по прочности лучшие легированные стали.

К этой группе сплавов относятся сплавы группы АК, В, Д, условное обозначение которых приведено в таблице 23.

Механические свойства и область применения некоторых алюминиевых деформируемых сплавов приведены в таблице 25.

Ряд деталей из алюминиевых сплавов работают при температуре (200 -350) °С. Рассмотренные выше сплавы в таких условиях использоваться  не  могут,  так  как  при  нагреве  до температур выше

100 °С у них начинается  интенсивное разрушение.

 

 

Таблица 25. Механические свойства и назначение  алюминиевых деформируемых сплавов

Марка	σв, кгс/мм	δ, %	Твердость, НВ	Примерное назначение
АМц        АМг	22        25	15        6	55        60	Сварные детали, трубопроводы, емкости для жидкостей, проволока для заклепок Сварные и клепанные детали, трубопроводы и другие мало и средненагруженные детали и конструкции
АК6    АК8	42    48	13    10	105    135	Кованные и штампованные заготовки сложной формы и средней прочности То же, но высоконагруженные
Д1    Д16	40    47	18    17	100    105	Различные детали и элементы конструкций средней прочности. Детали, конструкции средней и повышенной прочности, требующие повышенной долговечности
В95 В 96	60 68	12 7	150 190	Нагруженные конструкции, работающие длительное время при температурах не выше (100 - 120) °С

 

 

 

Повышенной   жаростойкостью  обладают  сплавы  марок   АК4,

Д 20, Д 21. Изделия из этих сплавов могут работать при температурах от 100 до 300 °С.

Новым жаропрочным материалом на алюминиевой основе является спеченый алюминиевый порошок - САП. Его получают путем прессования алюминиевой пудры при температурах (500 - 600) °С. Из полученных брикетов изготовляют прутки, профили и другие полуфабрикаты.  

По своей структуре САП представляет смесь частиц А1 с Аl2О3 (7 -15) %, которая располагается в виде тончайшей пленки на поверхности алюминиевой пудры и определяет высокую жаропрочность. САП обладает также высокойкоррозионной стойкостью.

Методом порошковой металлургии получают также спеченные алюминиевые сплавы - САС, которые содержат большое количество Si и некоторых других добавок.

Особенностью этого материала является высокий модуль упругости (около 10 000 кгс/мм2), который в 1,5 раза выше, чем у алюминиевых сплавов.

Рассмотренные материалы применяют для изготовления компрессорных дисков, лопастей вентиляторов и турбин, болтов, винтов и других деталей.

 

 

5.5. Металлургия  магния

 

 

Магний — светло-серебристый металл является типичным представителем группы  легких цветных металлов.

 

 В периодической системе элементов Д.И.Менделеева магний находится во III группе 3-го периода под номером 12. Атомная масса его 24,305. Плотность магния при 20°С равна 1740 кг/м3, а при 700°С — 1540 кг/м3. Магний плавится [при 651 °С и кипит при 1107°С. Магний - легколетучий металл. Заметной летучестью при нормальных условиях он обладает уже при температуре около 600°С. г Вакуум ускоряет возгонку магния. Во всех химических соединениях магний двухвалентен. Он относится к числу наиболее электроотрицательных элементов. Его нормальный электродный потенциал равен —2,38 В.

В сухом воздухе на поверхности металлического магния образуется оксидная пленка,   которая   хорошо  защищает  металл   от  дальнейшей   коррозии.   Влажная среда заметно снижает коррозионную стойкость магния, особенно при температуре выше 380°С. При взаимодействии с парами воды образуется  гидроксид Мg(ОН)2.

Магний   хорошо   противостоит   действию   плавиковой   и   хромовой   кислот  и растворам едких щелочей. Он очень устойчив по отношению к минеральным маслам, бензину и керосину. Однако магний легко растворяется в большинстве разбавленных минеральных кислот и нестоек в водных растворах их солей. Химическая активность магния резко возрастает при увеличении в нем содержания примесей.

В виде порошка или тонкой ленты магний легко воспламеняется и горит ярким пламенем. В виде слитков он стоек к воспламенению. Загорание компактного магния может произойти при температурах, близких к его температуре плавления или выше ее. Предохраняет магний от возгорания его изоляция от кислорода окружающей среды с помощью покровных флюсов.

Основное количество магния потребляют в виде сплавов. Легирование магния алюминием и цинком повышает механические и технологические, главным образом, литейные свойства сплавов, а марганец улучшает их коррозионную стойкость.

Хорошие литейные и механические свойства магниевых сплавов служат достаточным основанием для широкого их использования в самолето- и автотракторостроении для изготовления сложных и высоконагруженных деталей двигателей.

Значительное количество магния расходуется в металлургической промышленности. В цветной металлургии его применяют в качестве восстановителя при получении ряда активных металлов (V, Сг, Ti, Zг, U и др.)магниевотермическим способом, а также для нужд литейного производства. В черной металлургии магний используют при раскислении сталей и при получении сверхпрочного чугуна.

`Способность магния излучать  при горении яркий свет и  выделять большое количество  теплоты используют в военной  технике для изготовления осветительных зажигательных и трассирующих снарядов и авиационных бомб.

Оксид магния с температурой плавления около 2800°С широко используют для производства высококачественных огнеупоров и магнезитового цемента.

Ряд химических соединений магния применяют в резиновой промышленности в качестве наполнителя, для очистки нефтепродуктов, а также в радио- и электротехнике. Природный силикат магния — асбест — широко используют в качестве электро- и теплоизоляционного материала и для изготовления разнообразных асбоцементных изделий: труб, плит, шифера и др.

В природе магний встречается только в виде многочисленных природных соединений, образуя крупные месторождения магниевых руд; его соединения находятся в больших количествах в воде морей, океанов и соляных озер.

В настоящее время при получении магния используют следующие его минералы: магнезит, доломит, карналлит ибишофит.

Магнезит МдСОз добывают во многих районах мира. В СССР месторождения магнезита имеются на Урале (Саткинское), в Красноярском и Хабаровском краях, в Иркутской области, в Казахстане и Киргизии. По добыче магнезита Советский Союз занимает первое место в мире.

За рубежом магнезитовые руды в больших количествах добывают в Индии, КНР, на Корейском полуострове и в ряде стран Европы и Южной Америки.

Для производства магния пригоден только чистый магнезит. Обычно магнезитовые руды содержат 41—47 % МgО.

Почти 90 % мировой добычи магнезита используют в огнеупорной и строительной промышленности. В этих отраслях и в металлургическом производстве его применяют в виде каустического магнезита МдО, Получаемого при обжиге природного магнезита при 700—900°С. Разложение происходит по реакции МдСОз -* МдО + СО2.

Доломит представляет собой комплексный природный карбонат кальция и магния СаСОз • МдСОз, содержащий 12—13 % МдО. Доломиты, поступающие в магниевое производство, должны содержать суммарно не более 2,5 % Ре203,А!203 и 5Ю2 и менее 0,3 % щелочных металлов. Отношение в них СаО:МдО не должно превышать 1,5. Перед использованием в магниевой промышленности доломит также необходимо подвергать кальцинирующему обжигу.

Карналлит МдС!2 • КС! • 6Н2О — природная кристаллическая порода является основной рудой магния в Советском Союзе. Месторождения карналлита в нашей стране расположены на Урале, в УССР и ряде других районов. Крупными запасами карналлита располагают ГДР, Испания и США. Крупнейшими в мире месторождениями карналлита являются Верхнекамское (СССР) и Страсфуртское (ГДР).

Природный карналлит, содержащий около 24 % МдС!2 обогащают путем перекристаллизации с получением искусственного карналлита ( ~ 32 % МдС!2), который в дальнейшем обезвоживают.

Бишофит МдС!2 • 6Н2О может быть получен при переработке природного карналлита, из морской и океанической воды, в которой магний находится в неисчерпаемых количествах в виде МдС!2, Мд504 и МдВг2, а также из рапы (рассола) соляных озер. Морскую воду пока редко используют для получения бишофита.

Более экономичным сырьем является рапа соляных озер, содержание МдС!2 в которой доходит до 32 %. Наиболее богаты магнием воды Большого Соленого озера в США, Мертвого моря в Западной Азии и озер Перекопской группы в СССР. Перспективными источниками магниевого сырья в СССР являются воды залива Кара-Богаз-Гол, соляных озер Заволжья, Сибири и Казахстана.

Для выделения хлорида магния из соленой воды ее отводят в мелкие резервуары (лиманы), где она постепенно выпаривается за счет солнечной теплоты. При этом в осадок выкристаллизовываются малорастворимые соли '№С1, Са504, Мд5О4 и др., а в рапе концентрируется МдС!2.

Магний в металлическом состоянии был впервые получен в 1808 г. В 1830 г. Фарадей получил несколько граммов магния электролизом расплава его хлорида. Промышленное производство магния началось в 60-х годах XIX в. в Англии и США.

Производство магния в СССР было впервые освоено в 1935 г. на Днепровском магниевом заводе, а в 1936 г. был пущен завод по производству магния в г. Соликамске. Для современной магниевой промышленности нашей страны характерно комбинирование магниевого и титанового производства. Запасы магниевого сырья в Советском Союзе достаточны для получения магния в любых количествах.

Металлический магний получают двумя способами: электролитаческим и термическим.

Электролитический способ получения магния в настоящее время является основным. Этот метод предусматривает получение магнии в несколько стадий, основными из которых являются: получение чистого безводного хлорида магния, электролиз расплавленного хлорида и рафинирование магния. В зависимости от вида перерабатываемого сырья и способа получения хлорида возможны варианты в головной части технологической схемы получения электролитного магния (рис. 161).

Электролитический способ производства магния сложен и вреден вследствие участия в процессе газообразного хлора. Технологически проще и безопаснее получать металлический магний прямым восстановлением его оксида. Такие попытки делались длительное время и только в 30-х годах текущего столетия увенчались успехом, позволившим освоить в промышленном масштабе способ прямого восстановления магния углеродом, металлическим кремнием или другими восстановителями

 

 

 

 

 

 

 

5.6. Металлургия  свинца

 

 

Свинец — один из немногих металлов, которые нашли практическое применение уже в глубокой древности. Археологические находки показывают, что свинец использовали для изготовления монет и медальонов еще в 5—7 тысячелетии до н.э. Задолго до начала нашей эры из него изготавливали сосуды, трубы, кровельные листы, орнаментальные литые изделия и многое другое. Хорошо известен свинцовый водопровод Древнего Рима.