Steypa úr járnlausum málmum

Járnmálmar eru mikið notaðir í verkfræðiiðnaðinum vegna yfirburða þeirra, úrvals vélrænna eiginleika og lægri kostnaðar. Samt eru málmar sem ekki eru járn einnig notaðir í ýmsum forritum vegna sérstakra eiginleika þeirra samanborið við járnblendi þrátt fyrir almennt háan kostnað. Hægt er að fá æskilega vélræna eiginleika í þessum málmblöndur með vinnuherðingu, öldrunarherðingu osfrv., en ekki með venjulegum hitameðhöndlunarferlum sem notuð eru fyrir járnblendi. Sum helstu efna sem ekki eru járn eru ál, kopar, sink og magnesíum

1. Ál

Af öllum málmblöndur sem ekki eru járn er ál og málmblöndur mikilvægust vegna framúrskarandi eiginleika þeirra. Sumir eiginleikar hreins áls sem það er notað fyrir í verkfræðiiðnaði eru:

• 1) Frábær hitaleiðni (0,53 cal/cm/C)
• 2) Frábær rafleiðni (376 600/ohm/cm)
• 3) Lítill massaþéttleiki (2,7 g/cm)
• 4) Lágt bræðslumark (658C)
• 5) Frábær tæringarþol
• 6) Það er ekki eitrað.
• 7) Það hefur eitt mesta endurskin (85 til 95%) og mjög lágt útgeislun (4 til 5%)
• 8) Það er mjög mjúkt og sveigjanlegt sem veldur því að það hefur mjög góða framleiðslueiginleika.

Sum forritin þar sem hreint ál er almennt notað eru í rafleiðurum, ofnum uggaefnum, loftræstibúnaði, ljós- og ljósreflektorum og filmu og umbúðum.

Þrátt fyrir ofangreind gagnleg forrit er hreint ál ekki mikið notað vegna eftirfarandi vandamála:

• 1) Það hefur lágan togstyrk (65 MPa) og hörku (20 BHN)
• 2. Það er mjög erfitt að suða eða lóða.

Hægt er að bæta vélrænni eiginleika áls verulega með málmblöndu. Helstu málmblöndurefnin sem notuð eru eru kopar, mangan, sílikon, nikkel og sink.

Ál og kopar mynda efnasambandið CuAl2. Yfir 548 C hitastig leysist það alveg upp í fljótandi áli. Þegar þetta er slökkt og tilbúið þroskað (langvarandi geymsla við 100 - 150C) fæst hert málmblöndu. CuAl2, sem er ekki aldrað, hefur ekki tíma til að falla út úr föstu lausninni af áli og kopar og er því í óstöðugri stöðu (ofmettað við stofuhita). Öldrunarferlið fellur út mjög fínar agnir af CuAl2, sem veldur styrkingu málmblöndunnar. Þetta ferli er kallað lausnarherðing.

Hinir málmblöndur sem notaðir eru eru allt að 7% magnesíum, allt að 1,5% mangan, allt að 13% sílikon, allt að 2% nikkel, allt að 5% sink og allt að 1,5% járn. Að auki má einnig bæta við títan, króm og kólumbíum í litlum hlutföllum. Samsetning sumra dæmigerðra álblöndur sem notuð eru við varanlega mótun og mótun er gefin upp í töflu 2. 10 með notkun þeirra. Vélrænni eiginleikar þessara efna sem búist er við eftir að þau hafa verið steypt með varanlegum mótum eða þrýstisteypu eru sýndir í töflu 2.1

2. Kopar

Svipað og áli, nýtur hreinn kopar einnig víðtæka notkun vegna eftirfarandi eiginleika hans

• 1) Rafleiðni hreins kopar er mikil (5,8 x 105 /ohm/cm) í sinni hreinustu mynd. Öll lítil óhreinindi draga verulega úr leiðni. Til dæmis dregur 0,1% fosfór úr leiðni um 40%.
• 2) Það hefur mjög mikla hitaleiðni (0,92 cal/cm/C)
• 3) Það er þungmálmur (eðlisþyngd 8,93)
• 4) Það er auðvelt að tengja það saman með því að lóða
• 5) Það þolir tæringu,
• 6) Það hefur ánægjulegan lit.

Hreinn kopar er notaður við framleiðslu á rafmagnsvírum, rútustangum, flutningssnúrum, kælislöngum og leiðslum.

Vélrænni eiginleikar kopars í hreinasta ástandi eru ekki mjög góðir. Það er mjúkt og tiltölulega veikt. Það er hægt að blanda það með hagnaði til að bæta vélrænni eiginleika. Helstu málmblöndurefnin sem notuð eru eru sink, tin, blý og fosfór.

Málblöndur kopar og sinks eru kallaðar kopar. Með sinkinnihald allt að 39% myndar kopar einfasa (α-fasa) uppbyggingu. Slíkar málmblöndur hafa mikla sveigjanleika. Litur málmblöndunnar helst rauður upp að 20% sinkinnihaldi en þar fyrir utan verður hann gulur. Annar byggingarþáttur sem kallast β-fasi birtist á bilinu 39 til 46% af sinki. Það er í raun málmefnasambandið CuZn sem ber ábyrgð á aukinni hörku. Styrkur kopar eykst enn frekar þegar lítið magn af mangani og nikkeli er bætt við.

Blöndur kopar með tini eru kallaðar brons. Hörku og styrkur brons eykst með hrukku í innihaldi tins. Sveigjanleiki minnkar einnig með aukningu á tinprósentu yfir 5. Þegar áli er einnig bætt við (4 til 11%) er málmblönduna sem myndast kallað álbrons, sem hefur töluvert hærra tæringarþol. Brons eru tiltölulega dýr miðað við kopar vegna þess að tin er dýr málmur.

3. Aðrir málmar sem ekki eru járn

Sink

Sink er aðallega notað í verkfræði vegna lágs bræðsluhita (419,4 C) og hærri tæringarþols, sem eykst með hreinleika sinks. Tæringarþolið stafar af myndun hlífðaroxíðhúðar á yfirborðinu. Helstu notkun sinks er í galvaniserun til að vernda stál gegn tæringu, í prentiðnaði og til mótsteypu.

Ókostir sinks eru sterkur anisotropy sem sýnir sig við vansköpuð skilyrði, skortur á víddarstöðugleika við öldrun, minnkun á höggstyrk við lægra hitastig og næmi fyrir tæringu milli korna. Það er ekki hægt að nota það fyrir þjónustu yfir 95.C hitastig vegna þess að það mun valda verulegri lækkun á togstyrk og hörku.

Víðtæk notkun þess í deyjasteypu er vegna þess að það krefst lægri þrýstings, sem leiðir til lengri líftíma deyja samanborið við aðrar steypublöndur. Ennfremur hefur það mjög góða vinnsluhæfni. Frágangurinn sem fæst með sinksteypu er oft fullnægjandi til að ábyrgjast frekari vinnslu, nema að fjarlægja flassið sem er til staðar í skilunarplaninu.

Magnesíum

Vegna léttar þyngdar og góðs vélræns styrks eru magnesíum málmblöndur notaðar á mjög miklum hraða. Fyrir sömu stífleika þurfa magnesíum málmblöndur aðeins 37,2% af þyngd C25 stáls og sparar þannig þyngd. Tveir helstu málmblöndur sem notaðir eru eru ál og sink. Magnesíum málmblöndur geta verið sandsteyptar, varanlegar mótsteyptar eða mótsteyptar. Eiginleikar sandsteyptra magnesíumblendihluta eru sambærilegir við varanlegu mótsteypuna eða deyjasteypuhlutana. Deyjasteypublöndurnar hafa almennt hátt koparinnihald þannig að hægt sé að búa þær til úr aukamálmum til að draga úr kostnaði. Þau eru notuð til að búa til hjól, sveifar osfrv. Því hærra sem innihaldið er, því meiri vélrænni styrkur magnesíumunninna málmblöndur eins og valsaðra og svikinna íhluta. Magnesíum málmblöndur má auðveldlega soða með flestum hefðbundnum suðuferlum. Mjög gagnlegur eiginleiki magnesíumblendis er mikil vélhæfni þeirra. Þeir þurfa aðeins um 15% af afli til vinnslu samanborið við lágkolefnisstál.