Materialele feroase sunt utilizate pe scară largă în industria ingineriei datorită superiorității lor, gamei de proprietăți mecanice și costurilor mai mici. Cu toate acestea, materialele neferoase sunt, de asemenea, folosite în diverse aplicații pentru proprietățile lor specifice în comparație cu aliajele feroase, în ciuda costului lor în general ridicat. Proprietățile mecanice dorite pot fi obținute în aceste aliaje prin călire prin lucru, călire prin îmbătrânire etc., dar nu prin procese normale de tratare termică utilizate pentru aliajele feroase. Unele dintre principalele materiale neferoase de interes sunt aluminiul, cuprul, zincul și magneziul
1. Aluminiu
Dintre toate aliajele ne-feroase, aluminiul și aliajele sale sunt cele mai importante datorită proprietăților lor excelente. Unele dintre proprietățile aluminiului pur pentru care este utilizat în industria ingineriei sunt:
1) Conductivitate termică excelentă (0,53 cal/cm/C)
2) Conductivitate electrică excelentă (376 600/ohm/cm)
3) Densitate mică de masă (2,7 g/cm3)
4) Punct de topire scăzut (658C)
5) Rezistență excelentă la coroziune, Al de fapt, are o afinitate mai mare față de oxigen. Ca urmare, atunci când aluminiul este expus la suprafața aerului, se oxidează ușor, formând oxid de aluminiu. Această piele de oxid are o legătură bună cu metalul de bază și, astfel, îl protejează de oxidarea ulterioară.
6) Este netoxic.
7) Are una dintre cele mai mari reflectivități (85 până la 95%) și emisivitate foarte scăzută (4 până la 5%)
8) Este foarte moale și ductil, drept urmare are proprietăți de fabricație foarte bune.
Tabelul 1, Proprietățile aliajelor de aluminiu turnate
Unele dintre aplicațiile în care se folosește în general aluminiul pur sunt în conductorii electrici, materialele radiatoarelor, unitățile de aer condiționat, reflectoarele optice și de lumină și foliile și materialele de ambalare.
În ciuda aplicațiilor utile de mai sus, aluminiul pur nu este utilizat pe scară largă din cauza următoarelor probleme:
1) Are rezistență scăzută la tracțiune (65 MPa) și duritate (20 BHN)
2. Este foarte greu de sudat sau de lipit.
Tabelul 2, Unele aliaje de aluminiu:
Proprietățile mecanice ale aluminiului pot fi îmbunătățite substanțial prin aliere. Principalele elemente de aliere utilizate sunt cuprul, manganul, siliciul, nichelul și zincul.
Aluminiul și cuprul formează compusul chimic CuAl2. Peste o temperatură de 548 C se dizolvă complet în aluminiu lichid. Când acesta este stins și îmbătrânit artificial (menținere prelungită la 100 - 150C), se obține un aliaj întărit. CuAl2, care nu este îmbătrânit, nu are timp să precipite din soluția solidă de aluminiu și cupru și astfel se află într-o poziție instabilă (super-saturată la temperatura camerei). Procesul de îmbătrânire precipită particule foarte fine de CuAl2, ceea ce determină întărirea aliajului. Acest proces se numește întărire în soluție.
Celelalte elemente de aliere utilizate sunt până la 7% magneziu, până la 1. 5% mangan, până la 13% siliciu, până la 2% nichel, până la 5% zinc și până la 1,5% fier. Pe lângă acestea, pot fi adăugate și titan, crom și columbiu în procente mici. Compoziția unor aliaje tipice de aluminiu utilizate în turnarea permanentă și turnarea sub presiune este dată în tabelul 2. 10 cu aplicațiile acestora. Proprietățile mecanice așteptate ale acestor materiale după ce acestea sunt turnate folosind matrițe permanente sau turnare sub presiune sunt prezentate în Tabelul 2.
2. Cupru
Similar cu aluminiul, cuprul pur își găsește, de asemenea, o aplicare largă datorită proprietăților sale următoare
1) Conductivitatea electrică a cuprului pur este mare (5,8 x 105 /ohm/cm) în forma sa cea mai pură. Orice impuritate mică scade conductivitatea drastic. De exemplu, 0. 1% fosfor reduce conductivitatea cu 40%.
2) Are o conductivitate termică foarte mare (0. 92 cal/cm/C)
3) Este un metal greu (gravitate specifică 8,93)
4) Se poate îmbina cu ușurință prin lipire
5) Rezistă la coroziune,
6) Are o culoare plăcută.
Tabelul 3, Unele aliaje de cupru:
Cuprul pur este utilizat la fabricarea sârmelor electrice, a barelor de distribuție, a cablurilor de transmisie, a tuburilor și a conductelor pentru frigider.
Proprietățile mecanice ale cuprului în stare pură nu sunt foarte bune. Este moale și relativ slabă. Poate fi aliat profitabil pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice. Principalele elemente de aliere utilizate sunt zincul, staniul, plumbul și fosforul.
Aliajele de cupru și zinc se numesc alamă. Cu un conținut de zinc de până la 39%, cuprul formează o structură cu o singură fază (-fază). Astfel de aliaje au o ductilitate ridicată. Culoarea aliajului rămâne roșie până la un conținut de zinc de 20%, dar dincolo de aceasta devine galbenă. O a doua componentă structurală numită -faza apare între 39 și 46% din zinc. De fapt, compusul inter-CuZn este responsabil pentru duritatea crescută. Rezistența alamei crește și mai mult atunci când se adaugă cantități mici de mangan și nichel.
Aliajele de cupru cu staniu se numesc bronzuri. Duritatea și rezistența bronzului cresc odată cu creșterea conținutului de staniu. Ductilitatea este, de asemenea, redusă odată cu creșterea procentului de staniu peste 5. Când se adaugă și aluminiu (4 până la 11%), aliajul rezultat este denumit bronz de aluminiu, care are o rezistență la coroziune considerabil mai mare. Bronzurile sunt relativ costisitoare în comparație cu alama datorită prezenței staniului, care este un metal scump.
Unele dintre aliajele de cupru cu compozițiile și aplicațiile lor sunt prezentate în Tabelul 3.
3. Alte materiale
Zinc- Zincul este utilizat în principal în inginerie datorită temperaturii sale scăzute de topire (419,4 C) și rezistenței mai mari la coroziune, care crește odată cu puritatea zincului. Rezistența la coroziune este cauzată de formarea unui strat protector de oxid pe suprafață. Principalele aplicații ale zincului sunt în galvanizare pentru a proteja oțelul împotriva coroziunii, în industria tipografică și pentru turnarea sub presiune.
Dezavantajele zincului sunt anizotropia puternică manifestată în condiții de deformare, lipsa stabilității dimensionale în condiții de îmbătrânire, o reducere a rezistenței la impact la temperaturi mai scăzute și susceptibilitatea la coroziune inter-granulară. Nu poate fi utilizat pentru service peste o temperatură de 95 °C, deoarece va cauza o reducere substanțială a rezistenței la tracțiune și a durității.
Utilizarea sa pe scară largă în turnarea sub presiune se datorează faptului că necesită o presiune mai mică, ceea ce are ca rezultat o durată de viață mai mare a matriței în comparație cu alte aliaje de turnare sub presiune. În plus, are o prelucrabilitate foarte bună. Finisajul obținut prin turnarea sub presiune a zincului este adesea adecvat pentru a garanta orice prelucrare ulterioară, cu excepția îndepărtării fulgerului prezent în planul de separare.
Magneziu- Datorită greutății reduse și rezistenței mecanice bune, aliajele de magneziu sunt folosite la viteze foarte mari. Pentru aceeași rigiditate, aliajele de magneziu necesită doar 37. 2% din greutatea oțelului C25, economisind astfel greutatea. Cele două elemente de aliere principale utilizate sunt aluminiul și zincul. Aliajele de magneziu pot fi turnate în nisip, turnate permanent sau turnate sub presiune. Proprietățile componentelor din aliaj de magneziu turnate în nisip-sunt comparabile cu cele ale componentelor turnate cu matriță permanentă sau turnate-sub presiune. Aliajele de turnare sub presiune au, în general, un conținut ridicat de cupru, astfel încât să le permită să fie fabricate din metale secundare pentru a reduce costurile. Sunt folosite pentru fabricarea roților de automobile, carterului manivelelor etc. Cu cât conținutul este mai mare, cu atât rezistența mecanică a aliajelor-forjate de magneziu este mai mare, cum ar fi componentele laminate și forjate. Aliajele de magneziu pot fi sudate cu ușurință prin majoritatea proceselor tradiționale de sudare. O proprietate foarte utilă a aliajelor de magneziu este prelucrabilitatea lor ridicată. Acestea necesită doar aproximativ 15% din putere pentru prelucrare, comparativ cu oțelul cu conținut scăzut de carbon.
