Värviliste metallide valamine

Mustmetalle kasutatakse masinatööstuses laialdaselt nende paremuse, mitmekülgsete mehaaniliste omaduste ja madalamate kulude tõttu. Sellegipoolest kasutatakse värvilisi metalle erinevates rakendustes nende spetsiifiliste omaduste tõttu võrreldes mustasulamitega, hoolimata nende üldiselt kõrgest hinnast. Nende sulamite soovitud mehaanilisi omadusi saab saavutada töökarastamise, vananemiskarastamise jne abil, kuid mitte tavaliste rauasulamite kuumtöötlusprotsesside abil. Mõned peamised huvipakkuvad värvilised materjalid on alumiinium, vask, tsink ja magneesium

1. Alumiinium

Kõigist värviliste metallide sulamitest on alumiinium ja selle sulamid oma suurepäraste omaduste tõttu kõige olulisemad. Mõned puhta alumiiniumi omadused, mille jaoks seda masinatööstuses kasutatakse, on järgmised:

• 1) Suurepärane soojusjuhtivus (0,53 cal/cm/C)
• 2) Suurepärane elektrijuhtivus (376 600/oomi/cm)
• 3) Madal massitihedus (2,7 g/cm)
• 4) Madal sulamistemperatuur (658C)
• 5) Suurepärane korrosioonikindlus
• 6) See on mittetoksiline.
• 7) Sellel on üks suurimaid peegeldusvõime (85–95%) ja väga madal kiirgusvõime (4–5%)
• 8) See on väga pehme ja plastiline, mistõttu on sellel väga head valmistamisomadused.

Mõned rakendused, kus tavaliselt kasutatakse puhast alumiiniumi, on elektrijuhtmetes, radiaatorite ribimaterjalides, kliimaseadmetes, optilistes ja valguspeegeldajates ning fooliumis ja pakkematerjalides.

Vaatamata ülaltoodud kasulikele rakendustele ei kasutata puhast alumiiniumi laialdaselt järgmiste probleemide tõttu:

• 1) Sellel on madal tõmbetugevus (65 MPa) ja kõvadus (20 BHN)
• 2. Keevitada või jootma on väga raske.

Alumiiniumi mehaanilisi omadusi saab legeerimisega oluliselt parandada. Peamised kasutatavad legeerivad elemendid on vask, mangaan, räni, nikkel ja tsink.

Alumiinium ja vask moodustavad keemilise ühendi CuAl2. Temperatuuril üle 548 C lahustub see täielikult vedelas alumiiniumis. Kui see karastada ja kunstlikult vanandada (pikaajaline hoidmine 100–150C juures), saadakse karastatud sulam. Vananemata CuAl2-l ei ole aega alumiiniumi ja vase tahkest lahusest sadestuda ning seetõttu on see ebastabiilses asendis (üliküllastunud toatemperatuuril). Vananemisprotsess sadestab väga peeneid CuAl2 osakesi, mis põhjustab sulami tugevnemist. Seda protsessi nimetatakse lahusega kõvenemiseks.

Muud kasutatud legeerivad elemendid on kuni 7% magneesiumi, kuni 1,5% mangaani, kuni 13% räni, kuni 2% niklit, kuni 5% tsinki ja kuni 1,5% rauda. Peale nende võib väikestes kogustes lisada ka titaani, kroomi ja kolumbiumi. Mõnede püsivormimisel ja survevalamisel kasutatavate tüüpiliste alumiiniumisulamite koostis on toodud tabelis 2. 10 koos nende kasutusaladega. Nendelt materjalidelt oodatavad mehaanilised omadused pärast nende valamist püsivormide või survevalu abil on näidatud tabelis 2.1.

2. Vask

Sarnaselt alumiiniumiga leiab ka puhas vask laialdast kasutust oma järgmiste omaduste tõttu

• 1) Puhta vase elektrijuhtivus on kõrge (5,8 x 105 /oomi/cm) selle puhtaimal kujul. Iga väike lisand vähendab juhtivust drastiliselt. Näiteks 0,1% fosforit vähendab juhtivust 40%.
• 2) Sellel on väga kõrge soojusjuhtivus (0,92 cal/cm/C)
• 3) see on raskemetall (erikaal 8,93)
• 4) Seda saab hõlpsasti kõvajoodisega kokku ühendada
• 5) see on korrosioonikindel,
• 6) Sellel on meeldiv värv.

Puhast vaske kasutatakse elektrijuhtmete, siinide, ülekandekaablite, külmiku torude ja torustike valmistamisel.

Vase mehaanilised omadused selle puhtaimas olekus pole kuigi head. See on pehme ja suhteliselt nõrk. Seda saab mehaaniliste omaduste parandamiseks kasumlikult legeerida. Peamised kasutatavad legeerivad elemendid on tsink, tina, plii ja fosfor.

Vase ja tsingi sulameid nimetatakse messingiteks. Kuni 39% tsingisisaldusega vask moodustab ühefaasilise (α-faasi) struktuuri. Sellistel sulamitel on kõrge elastsus. Sulami värvus jääb punaseks kuni 20% tsingisisalduseni, kuid pärast seda muutub see kollaseks. Teine struktuurikomponent, mida nimetatakse β-faasiks, esineb 39–46% tsingist. See on tegelikult metallidevaheline ühend CuZn, mis vastutab suurenenud kõvaduse eest. Messingi tugevus suureneb veelgi, kui lisatakse väikeses koguses mangaani ja niklit.

Vase ja tina sulameid nimetatakse pronksideks. Pronksi kõvadus ja tugevus suurenevad koos tinasisalduse kortsumisega. Samuti väheneb plastilisus, kui tinaprotsent tõuseb üle 5. Kui lisada ka alumiiniumi (4–11%), nimetatakse saadud sulamit alumiiniumpronksiks, millel on tunduvalt suurem korrosioonikindlus. Pronks on messingiga võrreldes suhteliselt kulukas tina, mis on kallis metall, olemasolu tõttu.

3. Muud värvilised metallid

Tsink

Tsinki kasutatakse peamiselt masinaehituses selle madala sulamistemperatuuri (419,4 C) ja suurema korrosioonikindluse tõttu, mis suureneb tsingi puhtuse kasvades. Korrosioonikindluse põhjustab pinnale kaitsva oksiidkatte moodustumine. Tsingi peamised kasutusalad on galvaniseerimine, et kaitsta terast korrosiooni eest, trükitööstus ja survevalu.

Tsingi puudusteks on tugev anisotroopia, mis ilmneb deformeerunud tingimustes, mõõtmete stabiilsuse puudumine vananemistingimustes, löögitugevuse vähenemine madalamatel temperatuuridel ja vastuvõtlikkus graanulitevahelisele korrosioonile. Seda ei saa kasutada hoolduseks temperatuuril üle 95 °C, kuna see vähendab oluliselt tõmbetugevust ja kõvadust.

Selle laialdane kasutamine survevaludes on tingitud sellest, et see nõuab madalamat rõhku, mille tulemuseks on pikem stantsi eluiga võrreldes teiste survevalusulamitega. Lisaks on sellel väga hea töödeldavus. Tsingi survevalu abil saadud viimistlus on sageli piisav edasise töötlemise tagamiseks, välja arvatud eraldustasandil oleva välgu eemaldamiseks.

Magneesium

Nende kerge kaalu ja hea mehaanilise tugevuse tõttu kasutatakse magneesiumisulameid väga suurtel kiirustel. Sama jäikuse saavutamiseks vajavad magneesiumsulamid ainult 37,2% C25 terase massist, säästes seega kaalu. Kaks peamist legeerivat elementi on alumiinium ja tsink. Magneesiumisulamid võivad olla liivavalatud, püsivaluvormid või survevalu. Liivavalatud magneesiumisulamist komponentide omadused on võrreldavad püsivalu- või survevalukomponentide omadustega. Survevalusulamitel on üldiselt kõrge vasesisaldus, mis võimaldab neid kulude vähendamiseks valmistada sekundaarsetest metallidest. Neid kasutatakse autorataste, karterite jms valmistamiseks. Mida suurem on sisaldus, seda suurem on magneesiumiga sepistatud sulamite, näiteks valtsitud ja sepistatud osade mehaaniline tugevus. Magneesiumisulameid saab hõlpsasti keevitada enamiku traditsiooniliste keevitusmeetoditega. Magneesiumisulamite väga kasulik omadus on nende kõrge töödeldavus. Võrreldes madala süsinikusisaldusega terasega vajavad need töötlemiseks vaid umbes 15% võimsust.