Применение металла в промышленности

Download 264.23 Kb.

Sana	22.01.2023
Hajmi	264.23 Kb.
	#1109134

Bog'liq
металль

Металл является одним из самых необходимых материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, трубы из него могут использоваться только в помещениях, а конструкции, проходящие под землей, можно изготавливать только из металла.
Чаще всего в промышленности и строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы, в основе которых лежит какой-либо элемент и разнообразные добавки, улучшающие его качества – надежность, прочность и т.д. Самыми распространенными сплавами являются сталь, чугун, а также материалы, в основе которых лежит медь и алюминий.
Сталь является самым востребованным металлом. Подобный вывод можно сделать, проанализировав ежегодные объемы производства того или иного металла. В большинстве случаев, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, количество которого достигает двух процентов. Сплавы стали подразделяются на несколько видов: малоуглеродистые, уровень углерода в которых не превышает 0,25%, высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,55% и легированные, дополненные никелем, хромом, ванадием. Для того чтобы значение стали в жизни человека стало для вас более явным, попробуйте вспомнить все металлические предметы, которые вы использовали за день, - ножи, бритву и т.д. все они изготовлены из стали.
На втором месте по объему производства находится чугун, который также представляет собой сплав железа и углерода. Только в отличие от стали, количество последнего в чугуне несколько больше. Для придания сплаву прочности в чугун добавляется кремний. Особенно широкое распространение чугун получил в строительстве: он используется для изготовления трубопроводной арматуры, крышек люков и других элементов, основным требованием которых является прочность. Кроме этого, из чугуна производится и некоторая посуда: так, в советское время у каждой хозяйки на кухне была сковорода из чугуна.
Хотя сплавы из алюминия не так распространены, как материалы, названные выше, некоторые их достоинства делают их незаменимыми для некоторых операций. Прежде всего, сплавы из алюминия отличает экономичность, легкость в обработке и другом использовании, а также легкодоступность. Такие сплавы без труда поддаются ковке, сварке, штампованию и другим подобным операциям, а также хорошо поддаются обработке на металлорежущих станках. Использование алюминиевых сплавов ограничено лишь тем, что при высоких температурах они теряют ряд своих свойств. Так, температура двести градусов по Цельсию уже является для них высокой, между тем, как термоустойчивость – это очень важное свойство металла. К достоинствам алюминиевых сплавов относится их безвредность и экологичность, благодаря чему их можно использовать даже для хранения и перевозки пищевых продуктов, стойкость к появлению коррозии, высокая отражательная способность, а также немагнитность. Наиболее часто алюминиевые сплавы применяются в пищевой промышленности и машиностроении. Кроме этого, они необходимы для создания высоковольтных линий и изготовления некоторых архитектурно-отделочных материалов.
Большинство крупных машиностроительных и других промышленных предприятий, а также строительных фирм не работает непосредственно с металлом, предпочитая необходимый для их производства металлопрокат купить, изготовляемый металлургическими заводами, согласно ГОСТам или по индивидуальным чертежам заказчика.
Использование металлов в промышленности и в быту
В современной промышленности широко применяются нержавеющие металлы. Изделия, выполненные из сплавов, используются в строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении.

Наиболее часто применяются сплавы, которые состоят из основного элемента и различных добавок. Такой симбиоз улучшает свойства металла, что положительно сказывается на качестве изделий. Например, чугун с добавлением кремния часто используется при изготовлении трубопроводной арматуры. Такой материал продлевает эксплуатационный срок изделий, а любое повреждение (к примеру, трещину) может моментально исправить сварочный аппарат, причем на это уйдет всего пару минут.

Самые популярные металлические сплавы – сталь, алюминий, чугун, медь. Наиболее распространенным из них является сталь, о чем свидетельствуют объемы ее производства. Сталь получают в процессе сплава железа и углерода. Существует несколько разновидностей такого материала: малоуглеродистая, высокоуглеродистая и легированная сталь. Последнюю получают путем добавления в сплав ванадия, хрома, никеля. Сталь широко применяется в машиностроении, но без нее не обойтись и в быту. Так, люди ежедневно режут продукты стальными ножами, мужчины бреют бороды бритвами, лезвие которых выполнено из этого сплава.

Чугун и алюминий: сфера использования

Еще одним популярным металлом является чугун. Его, как и сталь, получают путем соединения железа с углеродом, разница состоит только в том, что последний компонент добавляют в больших количествах. При изготовлении чугуна применяется еще и кремний, который повышает прочность материала. Благодаря особым свойствам, чугун незаменим в строительстве, его используют при изготовлении трубопроводной арматуры. А если говорить о бытовой сфере, то каждая хозяйка, заставшая советские времена, знает, что чугунная сковородка – самая лучшая.

Широко применяется в промышленности и алюминий. Сплавы, в которых он выступает в роли основного компонента, легко обрабатываются, они пригодны для литья, вытяжки, волочения. Алюминиевые сплавы легко свариваются и шлифуются на специальных станках. Благодаря отменным характеристикам (высокой способности к отражению, коррозийной стойкости, немагнитности), алюминий применяется в машиностроении. Кроме того, такие сплавы абсолютно безвредны для пищевых продуктов, поэтому алюминиевые изделия используют в пищевой промышленности. Одним словом, без металлов не обходится ни одна промышленная сфера, да и быт без них тоже сложно представить.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Производство и использование металлов в промышленности постоянно растет. Область применения металлов определяется их индивидуальными физическими свойствами. При этом применение цветных и черных металлов в промышленности обеспечивает приблизительно 72-74% в общем объеме мировой продукции.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

Более 90% от объема используемых в производстве металлов составляет железо и его сплавы с углеродом (чугун, сталь, ферросплавы) и другими элементами. Значение металлов в современной промышленности трудно переоценить. В настоящее время именно они являются основными конструкционными материалами и широко используются в различных сферах производства.

Чугун, в частности ковкий, благодаря высокой прочности и сопротивлению удару используется в автомобилестроении для изготовления всевозможных деталей: тормозных колодок, угольников, тройников и тому подобное.
В КАКИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИСПОЛЬЗУЮТ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ?
Цветная металлургия производит полный цикл производства цветных металлов и их сплавов, которые в дальнейшем используются в различных сферах. Особенно распространено применение металлов в пищевой промышленности и машиностроении. Попробуем разобраться, в каких отраслях промышленности используют цветные металлы чаще всего.

1. Медь применяется в:

электротехнике – благодаря высокой электропроводимости широко используется для производства силовых кабелей и проводов, используемых в дальнейшем в обмотке электроприводов и трансформаторов;
трубной промышленности – высокая прочность меди обеспечивает возможность создания бесшовных труб, используемых для газо- и водоснабжения, а также в системах кондиционирования и холодильных установках;
ювелирной промышленности – в качестве сплавов с золотом, для улучшения прочности последнего;
архитектуре – кровельные и фасадные материалы, произведенные из листовой меди, имеют крайне длительный срок эксплуатации (100-150 лет) без необходимости проведения ремонтных работ.
2. Свинец в виде химических соединений используется:

в производстве взрывчатых веществ в качестве детонатора либо окислителя;

в аккумуляторах и резервных источниках тока в качестве катодного материала;
при обогащении руд;
в химической промышленности, например, при производстве пигментов, инсектицидов;
в медицинской промышленности – при приготовлении мазей, для защиты от радиации в рентгеновских установках.
3. Цинк применяется в:

металлургии – при восстановлении драгметаллов, для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, которые не подвергаются постоянным механическим воздействиям, а также металлизация – для защиты мостов и металлических конструкций);

медицине – как антисептик и противовоспалительное средство;
полиграфии – цинковые пластины используются в качестве клише для тиражирования иллюстраций в изданиях;
машиностроении – в виде сплава с алюминием и магнием применяется для точного литья разнообразной технической фурнитуры (например, ручек для автомобилей), корпусов карбюраторов, всевозможных уменьшенных моделей и миниатюр.
4. Олово в качестве сплавов используется:

в качестве антикоррозионного покрытия – в припоях для электроники, трубопроводах, сплавов для изготовления подшипников;

при производстве красок, используемых для имитации эффекта позолоты;
в электротехнике для создания сверхпроводниковых проводов;
при производстве посуды, тары для хранения пищевых продуктов, упаковочной фольги.
5. Никель используется:

в химической промышленности в качестве катализатора и при производстве химреактивов;

для получения жаропрочных сплавов, используемых в аэрокосмической промышленности;
в медицине – для изготовления брекет-систем и протезов;
для производства аккумуляторов в составе сплавов с железом, кадмием, цинком.
6. Алюминий применяется в следующих отраслях промышленности:

авиационной и авиакосмической – в сплавах с добавлением меди или магния как конструкционный материал;

пищевой – используется для изготовления кухонной посуды, пищевой фольги и упаковочных материалов;
электротехнике – при производстве проводов и экранировании сигнальных кабелей;
микроэлектронике – в процессе напыления проводников на микросхемы;
строительной промышленности – в качестве газообразователя используются алюминиевые пасты и суспензии, используемые в производстве газобетона.
7. Титан является одним из важнейших конструктивных материалов в:

ракето-, авиа- и кораблестроении;

военной и автомобильной промышленности;
производстве медицинских инструментов, ювелирных изделий, мобильных телефонов.
Сплавы титана используются в:

химической промышленности – для производства белил и пластика, а также в роли отвердителя и катализатора при изготовлении лакокрасочной продукции;

ювелирной промышленности – благодаря внешней схожести с золотом для создания бижутерии.
Металлы применяются во всех отраслях промышленности и хотя современная техника немыслима без использования не металлических материалов, всё равно металлы являются основной составляющей. В обиходе считается, что есть чёрные металлы и цветные. К чёрным относятся железо и его сплавы. Эти продукты являются важнейшими и основными конструкционными материалами в технике и в промышленном производстве. Остальные металлы относят к цветным.

Физические свойства металлов обуславливают применения их в различных технических устройствах и оборудовании. Металлы, обладающие высокой электропроводностью – серебро, медь, алюминий используют в электротехнической промышленности. Лёгкие и прочные металлы незаменимы в самолётостроении и авто строении. Автомобили, самолёты и другая транспортная техника не мыслима без титана и алюминия. Для улучшения потребительских свойств техники разрабатывают и применяют сплавы металлов. В частности, дюралюминий – сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. Современные самолёты на 75-80% состоят из дюралюминия. Дюралюминий, обладающий лёгкостью алюминия и, благодаря добавкам, большой прочностью, сделал настоящею революцию в производстве самолётной технике. Строительство самолётов не обходится без других металлов и многие из них также представляют собой сплавы с улучшенными свойствам.

Чёрные металлы применяют в технике, подверженной длительным и тяжёлым нагрузкам. Это в первую очередь железнодорожная и сельскохозяйственная техника. Тяжёлая и постоянная нагрузка в железнодорожном транспорте требует использования самой прочных и недорогих материалов. По этим показателям лучшим считается чугун. Чугун используют при производстве вагонных колёс. Чтобы повысить долговечность работы пары колесо-рельс, соприкасающиеся детали делают из металлов с различными свойствами. Если колесо чугунное, с содержанием углерода не менее 2,14%, то рельсы – стальные с небольшим содержанием углерода, с добавками повышающими пластичность и вязкость металла.

Сельскохозяйственная техника работает не просто в полевых условиях, а в тяжёлых и напряжённых условиях. Металлы, используемые в сельхозтехнике должны быть прочными и долговечными. Здесь, конечно, незаменимы чугун и конструкционная сталь.

В чистом виде металлы, за исключением некоторых, в технике применяются редко. Современная химия и металлургия делают сплавы с улучшенными, чем у основы, свойствами, а главное свойства имеют узконаправленное действие – большую прочность, лучшую защиту от коррозии, более высокую электропроводимость и т.д.

В строительстве, в подавляющем большинстве случаев , используют чёрный металл. Несущий металлопрокат — трубы, швеллер, балки, делают из конструкционной стали. Этот материал применяют во всех сферах строительной индустрии. Особую популярность, в первую очередь при строительстве малоэтажных сооружений, приобрели в последнее время профильные трубы и оцинкованные лёгкие, тонкостенные конструкции.

Часто при строительстве даже небольших объектов используют целый спектр различных материалов. К примеру, при сооружении лестницы на металлокаркасе, сам каркас делают из конструкционной стали. Ограждения лестницы – из нержавеющей стали. Стойки, опоры, столбы лестниц, а также элементы холодной ковки делают из чугуна. Крепёжные элементы лестниц защищают цинком. Поручни и декоративные узлы лестниц хромируют и никелируют. Как видно, даже для небольшого строения – лестница, применяют достаточно большую номенклатуру металла
Применение различных металлов в современной промышленности
Современная промышленность не стоит на месте, а вместе с ней развиваются и самые разные металлы, применяемые в ней. Сталь, нержавеющая сталь, лёгкие и тяжёлые сплавы демонстрируют высокие показатели прочности, упругости, коррозионной стойкости, а так же жаростойкости и хладостойкости. Потребители первым делом всё чаще и чаще обращают внимание сначала на качество материала, а лишь потом на его стоимость, ведь ремонт оборудования может оказаться намного более дорогостоящим, чем изначальная покупка агрегатов из подходящих металлов (убытки из-за загрязнения продукции, простой, затраты на техническое обслуживание).

Нержавеющая сталь была открыта почти 100 лет назад - в 1913 году Гарри Бреарли, английским изобретателем из Шеффилда. С тех пор нержавейка, как часто сокращают нержавеющую сталь, заняла одно из лидирующих мест среди наиболее важных материалов в мире. В данный момент она находится на подъёме своего цикла "жизни", о чём свидетельствует рост её потребления на 4-6 % за последние пару десятилетий. Ввиду того, что ученые не выделяют какой-либо материал, который мог бы, пусть даже частично, заменить нержавеющую сталь по многим показателям, есть все основания полагать, что она сможет сохранять и упрочнять свои позиции.

К нержавеющим сталям относятся сплавы, содержащие не менее 12 % хрома (Cr). Хром является основным легирующим элементом, т.к. он препятствует коррозии и повышает физико-механические свойства металла. В сочетании со сталью он образует нерастворимую оксидную плёнку на поверхности металла, обладающей способностью к самовосстановлению. Помимо хрома, в состав нержавеющих сталей могут входить такие легирующие элементы как никель (Ni), марганец (Mg), титан (Ti), ниобий (Nb), кобальт (Co) и молибден (Mo). Помимо них в сталях всегда присутствуют углерод (C), кремний (Si), марганец (Mg), сера (S), фосфор (P).

Физическая структура металла определяет его свойства, которые, в свою очередь, обуславливают область его применения. Мартенситные структуры отличаются наибольшей твердостью, но при этом демонстрируют средние значения устойчивости к коррозии. Такие стали применяются там, где требуются высокие показатели жесткости, но предполагается использование в слабоагрессивных средах: в общем машиностроении, станкостроении, легкой промышленности и т.п. Ферритные стали, наоборот, отличаются более высокими показателями сопротивляемости коррозии при высоких показателях пластичности, стали этой группы достаточно мягкие. Они используются в ряде отраслей машиностроения, легкой и пищевой промышленности. А в сверхагрессивных средах, например, в химической промышленности, используют стали переходной группы - аустенитно-мартенситные, сочетающие высокие показатели твердости с высокими показателями сопротивляемости внешней среде.

Наличие широкого сортамента выпускаемых сталей и сплавов, изготавливаемых в различных странах, обусловило необходимость единой системы маркировки сталей, но до настоящего времени международными организациями так и не было разработано такой системы. Более часто, чем другие системы, применяется система маркировки AISI, разработанная американским институтом чугуна и стали (American Iron and Steel Institute). Разберём расшифровку марки на примере нержавеющей стали AISI 304. Первая цифра, в данном случае - "3", обозначает группу (аустенитная), последующие - сорт стали, буквы, если таковые имеются, обозначают особенности (AISI 304L - сталь с более низким содержанием углерода - 0,03 %). В настоящее время система AISI достаточно распространена: наряду с национальными системами маркировки её используют в Америке для продукции, идущей на импорт, в Китае, ряде других стран Азии, а так же в странах Восточной Европы.

В России для маркировки сталей используется система, разработанная ещё в советское время. В целом, марке AISI 304 соответствует ГОСТ 08Х18Н10 (марке 304L - 03Х18Н11). Кстати, советские стандарты, в отличие от AISI, легко читаются: первые цифры обозначают содержание углерода, последующие буквы и цифры - элементы и их процентное содержание.

США (AISI) СНГ (GOST) Европа (EN) Япония (JIS) Германия (DIN)
304 08X18H10 1.4301 SUS 304 X5CrNi18-10
304L 03X18H11 1.4306 SUS 304 L X2CrNi19-11
321 08X18H10T 1.4541 SUS 321 X6CrNiTi18-10
316 08X17H13M2 1.4401 SUS 316 X5CrNiMo17-12-2
316L 03X17H14M2 1.4404 SUS 316 L X2CrNiMo17-12-2
316Ti 10X17H13M2T 1.4517 SUS 316 Ti X6CrNiMoTi17-12-2
410 12X13 1.4006 SUS 410 X12CrN13
430 12X17 1.4016 SUS 430 X6Cr17
439 08X17T 1.4510 SUS 430 LX X3CrTi17

Марка AISI 304 является универсальной и наиболее широко используемой маркой нержавеющей стали. Ее химический состав, механические свойства, устойчивость к температурным перепадам, свариваемость и сопротивление коррозии/окислению обеспечивают наилучший выбор в соотношении цена-качество. По химическому составу, так же как и другие аустенитные стали, AISI 304 является низкоуглеродистой сталью (не более 0.08 % C) с большим содержанием хрома и никеля (16-18 % и 6-8 % соответственно).

Сталь AISI 304 используют для изготовления химических реакторов, включая сосуды высокого давления. Она подходит для сред окислительного характера - для сильных неорганических кислот только при низких концентрациях и в области низких температур, для слабых органических кислот при средних температурах и в случаях контакта с воздухом. Ее применяют для производства запчастей и оборудования в пищевой, химической и бродильной промышленности, отраслях, в которых необходимо соблюдение гигиенической чистоты продукта (при температурах до 300 °С), а так же для производства элементов охлаждающих и морозильных устройств. Она является пригодной для провода воды, водяного пара, пищевых кислот (кроме соляного раствора).

Оптимальная температура для эксплуатации стали данной марки от -269 ° до 600 °С, рекомендуемая рабочая температура до 300 °С. Она подвержена точечной коррозии, межкристаллической коррозии в соляной среде, особенно при температурах 60° C. Почти полным аналогом стали AISI 304 является марка AISI 304L. Отличие заключается в более низком содержание углерода (менее 0,03 %), что гарантирует минимальную склонность к межкристаллической коррозии даже при температурах 450-850 °С.

Марка AISI 310 демонстрирует самые высокие показатели жаростойкости в своём классе нержавеющих сталей и поэтому используется при высоких температурах в печном оборудовании. Эта cталь не магнитная и сваривается всеми известными видами сварки. Рабочая температура до 1500 °С, рекомендуемый рабочий диапазон 800-1100 °С.

Марка AISI 316 - фактически улучшенная, за счёт добавления молибдена, сталь марки AISI 304. Примесь молибдена делает сталь особенно устойчивой к коррозии, высоким температурам, а так же к агрессивным средам. Она обладает умеренной коррозионной стойкостью в соляной среде при температурах выше 60 °С. Сталь марки AISI 316Ti обладает ещё более высокими показателями устойчивости в средах с повышенной агрессивностью, чем сталь AISI 316, за счёт добавления небольшого количества титана (не более 0,5 %). Она демонстрирует высокие показатели прочности при температурах 600-900 °С. Сталь марки AISI 316H обладает свойствами, аналогичными AISI 316, за исключением высокой прочности при температурах до 500 °С. Использование стали марки AISI 316L не рекомендуется при температурах выше 425 °C, так как в этом случае её прочность заметно уменьшается.

Марка AISI 321 применяется для работы в более агрессивных средах, чем марки AISI 304 и 316, так как обладает высокой стойкостью к межкристаллической коррозии. Данная марка устойчива к окислению на воздухе и обладает высокой жаростойкостью при температурах не более 600-800 °С. Сталь является не магнитной и обладает свариваемостью без ограничений, поэтому чаще всего применяется для изготовления различных сварных конструкций.

Марка AISI 430 отличается повышенной твёрдостью, но более низкими показателями коррозионной стойкости, чем представленные выше марки нержавеющей стали, а так же обладает магнитными свойствами. Применяется при изготовлении деталей для машиностроения, торгового оборудования, а так же для изготовления декоративных конструкций и изделий. Сталь AISI 430 сваривается с помощью аргонодуговой и автоматическиой дуговой электросварки. Обладает хорошей коррозионной стойкостью в азотной кислоте и некоторых других органических кислот. Рекомендуемая рабочая температура не более 150 °С.

Для легирования специальных сталей используют дорогие присадки: никель, титан, ниобий, цирконий, ванадий и т.п. Но все эти металлы также применяют не только как легирующие элементы, но и как отдельные материалы для различных отраслей промышленности в зависимости от уникальных химических, физических и механических свойств этих элементов. Важным фактором при выборе конструкционных материалов является их коррозионная стойкость в различных средах. На приведённых ниже диаграммах хорошо заметно как сильно могут различаться показатели коррозионной стойкости у различных материалов:

Коррозионная стойкость металлов в серной кислоте (H2SO4)

Коррозионная стойкость металлов в соляной кислоте(HCl)

Никелевые сплавы демонстрируют много полезных свойств, обусловленных свойствами самого никеля, таких как высокая коррозионная стойкость в газовых и жидких средах, отсутствие аллотропических превращений, ферромагнетизм, а так же способность образовывать твёрдые растворы со многими металлами. Способность никеля растворять в себе значительное количество других металлов и сохранять при этом пластичность привела к созданию большого числа самых разнообразных никелевых сплавов. Известно, что жаростойкость никеля на воздухе достаточно высока сама по себе, но она может быть улучшена путём введения Al, Si или Cr. Сплавы никеля с Al, Si и Mn (алюмель) и с 10% Cr (хромель) получили своё значение благодаря хорошему сочетанию термоэлектрических свойств и жаростойкости. Термопары, сделанные из хромель-алюмелевых сплавов относят к числу наиболее распространенных термопар, применяемых как в промышленности, так и в лабораторной технике.

Большое распространение получили сплавы на основе никеля и хрома - нихромы. Лидирующие позиции среди них занимают нихромы с 80% Ni, которые до появления хромелей были самыми жаростойкими промышленными материалами. Попытки удешевить нихромы за счёт уменьшения содержания в них Ni привели к созданию ферронихромов, в которых часть никеля была заменена железом (самый распространённой состав - 60% Ni, 15% Cr и 25% Fe). Эксплуатационная стойкость большинства нихромов выше, чем ферронихромов, поэтому последние чаще используют при более низких температурах. Предельная рабочая температура нихромов составляет 1200 °С, а у ряда марок 1250 °С.

Для химических агрегатов, работающих в высокоагрессивных средах, например в соляной, серной и фосфорной кислотах различной концентрации при температурах, близких к температуре кипения, широко используются сплавы Ni-Mo или Ni-Cr-Mo. Эти сплавы, превосходящие по коррозионной стойкости все известные коррозионностойкие стали в вышеперечисленных средах, получили названия Хастеллой и Реманит. На данный момент, название "Хастеллой" является зарегистрированной торговой маркой и используется рядом компаний, среди которых находится фирма Premex (1), производители реакторов высокого давления. В зависимости от необходимого сочетания свойств Хастеллой может содержать различное количество элементов - Mo (до 30%), Cr (до 23%), Fe (до 29%), С (до 0.15 %), а некоторые его марки легируют W (около 5%), Si (до 10%), Co (до 2,5%), а так же V, Ta, Nb и другими элементами. Для Хастеллоев характерна повышенная стойкость в соляной, серной, фосфорной, уксусной, муравьиной кислотах, а так же в средах, содержащих ионы хлора и фтора. В таблице приведены марки Хастеллоев с содержанием элементов:

Название сплава Номинальное содержание элемента, %
Ni Co Cr Mo W Fe Si Mn P S V C Ti
Hastelloy C276 57 2,5 15,5 16 4 5,5 0,08 1 0,025 0,01 0,35 - -
Hastelloy C-4 62 2 16 15,5 - 3 0,08 1 0,025 0,01 - 0,01 0,7
Hastelloy C-22 56 2,5 22 13 3 3 0,08 0,5 0,02 0,02 0,35 0,01 -
Hastelloy B-2 57 1 1 28 - 2 0,1 1 0,025 0,01 - 0,02 -

Титановые сплавы превосходят многие лёгкие сплавы в отношении модуля упругости и предела прочности, уступающего только бериллиевым сплавам. Сплавы на основе Ti стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной кислоты всех концентраций (за исключением красной дымящейся, вызывающей коррозионное растрескивание титана, причём реакция иногда идёт со взрывом), слабых растворов серной кислоты (до 5%), но не очень стойкие к действию галогеноводородных и ортофосфорных кислот. Титановые сплавы применяются в некоторых химических аппаратах специального назначения, работающих при повышенных температурах 150-430 °С. Соляная, плавиковая, концентрированная серная, а также горячие органические кислоты (щавелевая, муравьиная и трихлоруксусная) реагируют с Ti. Титановые сплавы коррозионно устойчивы в атмосферном воздухе, морской воде и морской атмосфере, во влажном хлоре, хлорной воде, горячих и холодных растворах хлоридов, в различных технологических растворах и реагентах, применяемых в химической, нефтяной, бумагоделательной и других отраслях промышленности, а также в гидрометаллургии. С кислородом Ti взаимодействует при температуре выше 600 °C, образуя оксид титана TiO2.

Технический титан используют для изготовления ёмкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов и других изделий, работающих в агрессивных средах, например, в химическом машиностроении. Использование титановых сплавов даёт большой технико-экономический эффект благодаря не только повышению срока службы оборудования, но и возможности интенсификации процессов (как, например, в гидрометаллургии никеля). Титан биологически безвреден, что делает его превосходным материалом для изготовления оборудования для пищевой промышленности и для использования в восстановительной хирургии. В условиях глубокого холода прочность титановых сплавов повышается (при сохранении удовлетворительной пластичности), что позволяет применять его как конструкционный материал для криогенной техники.

Важной особенностью титановых сплавов является возможность их воспламенения. Титан начинает взаимодействовать с кислородом при температурах несколько выше комнатной. Один грамм титана способен поглотить 400 см3 водорода, но поглощение водорода титаном устойчиво только при температурах выше 360 °С, при дальнейшем нагреве водород начнёт выделяться и сгорать. На воздухе металл воспламеняется при 1200 °С, тогда как в атмосфере чистого кислорода горение начинается уже при 610 °С. Титан при горении дает весьма яркое свечение, что наблюдается также и в атмосфере азота при температурах выше 815 °С. Не следует забывать, что тонкая титановая стружка при недостаточной смазке может загореться в процессе механической обработки. При достаточной концентрации кислорода в окружающей среде и повреждении окисной плёнки путём удара или трения может произойти возгорание металла при комнатной температуре и в сравнительно крупных частях изделий. При пожарах, с титаном нужно обращаться осторожно, соблюдая те же правила безопасности, что и в случае магния - применение воды для тушения недопустимо.

Ниобий широко используется как в чистом виде, так и в качестве легирующего элемента для многих сплавов. Исключительно высокая коррозионная стойкость этого металла обуславливает его применение в химическом машиностроении. Интересным фактом является то, что при изготовлении аппаратуры и трубопроводов солянокислотного производства, ниобий не только служит конструкционным материалом, но и играет при этом роль катализатора, давая возможность получить более концентрированную кислоту. Каталитические способности ниобия так же используют в таких процессах как спирта из бутадиена.

Как легирующий элемент ниобий часто используется в цветной металлургии. Например, алюминий, легко растворяющийся в щелочах, не реагирует с ними, если в него ввести всего 0,05% ниобия. Медь и ее сплавы при добавке ниобия приобретают твердость, титан, молибден и цирконий становится более прочным и жаростойким. При низких температурах многие стали и сплавы хрупки, как стекло, но добавка всего 0,7% ниобия позволяет металлу сохранять свою прочность даже при восьмидесятиградусных морозах. Это качество особенно важно для деталей реактивных самолетов, летающих на больших высотах. Тантал, легированный ниобием, способен противостоять серной и соляной кислотам даже при 100 °С. Интересным фактом является то, что при добавлении небольшого количества циркония к ниобию, температура плавления последнего поднимается до 2500 °С, тогда как в чистом состоянии она составляет 2468 °С. Такой сверхжаростойский сплав называется ниобиевоциркониевым.

Сплавы на основе циркония получили наибольшее распространение в реакторах с пароводяным теплоносителем. В отличие от чистого циркония, они обладают высокой и стабильной коррозионной стойкостью в воде и в агрессивных средах. К легирующим элементам циркониевых сплавов предъявляется важное требование: они должны ослаблять (подавлять) вредное влияние азота на коррозионную стойкость циркония (при допустимом содержании азота в сплава менее 0,01%). Несмотря на высокую температуру плавления циркония (она составляет 1852 °C), его известные сплавы не отличаются высокой жаропрочностью и практически пригодны для работы в пароводяных средах при температурах не выше 400 °C. Несмотря на то, что цирконий обладает хорошей пластичностью и удовлетворительными прочностными характеристиками, при выборе конструкционных коррозионных материалов предпочтение отдаётся более лёгким и дешёвым титановым сплавам.

Огромным преимуществом циркония перед нержавеющей сталью и другими сплавами является его исключительная коррозионная устойчивость при травлении. Для большинства металлов, из которых изготавливаются теплообменники, воздействие сернокислого раствора травления может оказаться чересчур агрессивным, цирконий же хорошо выдерживает высокие концентрации раствора даже при повышенных температурах. В таблице приведена скорость коррозии (мм/год циркония и других сплавов в растворах серной кислоты):

Концентрация,

% Температура,
°C, (°F) Zr2O3 310L SS 315L SS Сплав В-2 Сплав С 276
10 102 (216) <0,1 45 574 <1 7,0
20 + 8 Fe+3 80 (176) <0,1 - - - >20
30 108 (226) <0,1 1,137 >500 2 55
40 80 (175) <0,1 >28,000 - - -
55 132 (270) 0,1 >100,000 >10,000 1,89 295

Сплавы на основе ванадия обладают высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, разбавленных растворах серной и соляной кислот, растворах солей и щелочей. Ванадий растворяется в плавиковой, концентрированной горячей серной, хлорной и азотной кислотах, а также в царской водке. При растворении образуются соли ванадиевой кислоты, расплавленные щёлочи, поташ, а так же селитра.

Ванадий применяют в качестве легирующего элемента при производстве высококачественных специальных сталей и сплавов на основе алюминия, титана, ниобия и других металлов. Ванадиевый сплав с добавкой 5-20% Ti сочетает низкотемпературную прочность и высокую пластичность с высокой прочностью при повышенных температурах и малой ползучестью. Его соединения добавляют к резине, тем самым повышая её плотность, уменьшая пористость, увеличивая сопротивление разрыву и делая ее непроницаемой для масел. Ванадий так же применяют как материал для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, поскольку он обладает малым поперечным сечением захвата нейтронов, малым поперечным сечением неупругого рассеивания нейтронов, большой прочностью при повышенных температурах и высокой теплопроводностью.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
Существует несколько способов получения металлов в промышленности. Их применение зависит от химической активности получаемого элемента и используемого сырья. Некоторые металлы встречаются в природе в чистом виде, другие же требуют сложных технологических процедур для их выделения. Добыча одних элементов занимает несколько часов, другие же требуют многолетней обработки в особых условиях. Общие способы получения металлов можно разделить на следующие категории: восстановление, обжиг, электролиз, разложение.

Есть также специальные методы получения редчайших элементов, которые подразумевают создание специальных условий в среде обработки. Сюда может входить ионная декристаллизация структурной решетки или же наоборот, проведение контролируемого процесса поликристаллизации, которые позволяют получать определенный изотоп, радиоактивное облучение и другие нестандартные процедуры воздействия. Они используются довольно редко ввиду высокой дороговизны и отсутствия практического применения выделенных элементов. Поэтому остановимся подробнее на основных промышленных способах получения металлов. Они довольно разнообразны, но все основаны на использовании химических или физических свойств определенных веществ

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
Одним из основных способов получения металлов является их восстановление из оксидов. Это одно из самых распространенных соединений металлов, которые встречаются в природе. Процесс восстановления протекает в доменных печах под воздействием высоких температур и при участии металлических или неметаллических восстановителей. Из металлов используют элементы с высокой химической активностью, например, кальций, магний, алюминий.
Среди неметаллических веществ применяются оксид углерода, водород и коксующиеся угли. Суть процедуры восстановления заключается в том, что более активный химический элемент или соединение вытесняет металл из оксида и вступает в реакцию с кислородом. Таким образом, на выходе образуется новый оксид и чистый металл. Это самый распространенный способ получения металлов в современной металлургии.

Обжиг является лишь промежуточным методом получения чистого элемента. Он предполагает сжигание сульфида металла в кислородной среде, в результате чего образуется оксид, который затем подвергается процедуре восстановления. Этот метод также применяется довольно часто, так как сульфидные соединения широко распространены в природе. Прямое получение чистого металла из его соединений серой не используют по причине сложности и дороговизны технологического процесса. Гораздо проще и быстрее провести двойную обработку, как было указано выше.

Электролиз, как способ получения металлов подразумевает пропускание тока через расплав металлического соединения. В результате процедуры чистый металл оседает на катоде, а остальные вещества - на аноде. Такой способ применим к солям металлов. Но он не является универсальным для всех элементов. Подходит способ для получения щелочных металлов и алюминия. Это связано с их высокой химической активностью, которая под воздействием электрического тока позволяет с легкостью нарушать установленные в соединениях связи. Иногда электролитический способ получения металлов применяют к щелочноземельным элементам, но они уже не так хорошо поддаются данной обработке, а некоторые и вовсе не разрывают полностью связь с неметаллом.

Последний способ - разложение происходит под воздействием высоких температур, которые позволяют разорвать связи между элементами на молекулярном уровне. Для каждого соединения потребуется свой температурный уровень, но в целом метод не содержит каких-либо хитростей или особенностей. Единственный момент: полученный в результате обработки металл, может потребовать проведения процедуры спекания. Но этот способ позволяет получить практически на 100% чистый продукт, так как для его проведения не применяются катализаторы и другие химические вещества. В металлургии способы получения металлов называют пирометаллургическим, гидрометаллургическим, электрометаллургическим и термическим разложением. Это четыре приведенных выше способа, только названные не по химической, а по промышленной терминологии.

КАК ПОЛУЧАЮТ МЕТАЛЛ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Способ производства металла во многом зависит от его распространения в недрах земли. Добыча в основном происходит в виде руды с определенным процентным содержанием элементов. Богатые руды могут содержать до 90% металла. Бедные руды, которые содержат всего 20-30% вещества, перед обработкой отправляют на обогатительную фабрику.

В чистом виде в природе встречаются только благородные металлы, которые добывают в виде самородков различного размера. Химически активные элементы встречаются либо в виде простых солей, либо в виде полиэлементных соединений, которые имеют очень сложное химическое строение, но в основном достаточно просто разлагаются на составляющие при определенном воздействии. Металлы средней и малой активности в природных условиях образуют оксиды и сульфиды. Реже их можно встретить в составе сложных кислотно-металлических соединений.

Перед получением чистого металла зачастую производится одна или несколько процедур разложения сложных веществ на более простые. Гораздо проще выделять один продукт из двухэлементного соединения, чем из многоэлементного сложного образования. К тому же технологический процесс требует тщательного контроля, который очень сложно обеспечить, когда речь идет о большом количестве примесей с разными свойствами.
Что касается экологической стороны вопроса, то самым чистым можно признать электрохимический способ получения металлов, так как при его проведении в атмосферу не выделяется никаких веществ. В остальном же металлургия является одним из самых вредных для природы производств, поэтому в современном мире уделяется большое внимание проблеме создания безотходного оборудования.

Уже сейчас многие заводы отказались от использования мартеновских печей в пользу более современных электрических моделей. Они потребляют гораздо больше энергии, но не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива. Очень важной является и вторичная переработка металлов. Для этого во всех странах оборудованы специальные пункты приема, в которых можно сдавать вышедшие из эксплуатации детали из черных и цветных металлов, которые затем отправятся на переработку. В будущем из них изготовят новую продукцию, которую можно будет использовать в соответствии с назначением.

Применение цветных металлов
Спрос на цветные металлы и сплавы постоянно растет, так как они все шире применяются в современной технике. Цветные металлы используются в авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности. В последнее время стали применять в качестве конструкционных материалов такие металлы и сплавы на их основе, как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения в целом цветных металлов и отдельных их видов и сплавов очень широки.

Медь и ее сплавы применяются в химическом машиностроении, из них изготавливаются трубопроводы самого различного назначения, емкости, различные сосуды для криогенной технике и т.п.

Алюминий и его сплавы также как и медь используют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Отличительной особенностью обладают сплавы на основе алюминия, только они преимущественно используются для самолетов, ракет, судов, в различных видах строительства. Это связано с наличием у алюминия таких свойств как высокая прочность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость в некоторых агрессивных средах и высокие механические свойства при низких температурах.

Особенности цветных металлов

Цветные металлы в целом как группы и по отдельности проявляют те или иные особенности.

1. Некоторые металлы, такие как медь, магний, алюминий обладают высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Это способствует быстрому охлаждению места сварки, поэтому для сварки требуется применения более мощных источников теплоты, а иногда даже необходим предварительный подогрев детали.

2. Для тех же металлов (меди, алюминий, магния) и их сплавов характерно снижение механических свойств при нагреве, поэтому металл может легко разрушаться от ударов пр определенных температурах.

3. При нагреве все цветные сплавы растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. В отличие от черных металлов, которым это свойство практически не характерно. Особенно активно взаимодействуют с газами более тугоплавкие и химически более активные металлы, такие как титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден.

Особенности обработки цветных металлов

Достоинства цветных металлов состоит в том, что они прочны и долговечны, а также способны переносить высокие температуры. У них есть один большой недостаток - они коррозируют и разрушаются под воздействием кислорода. Поэтому необходимо внимательно отнестись к обработке и защите металлов от воздействия окружающей среды.

Самый эффективный и распространенный способ защиты цветного металла от атмосферной коррозии - это нанесение защитных лакокрасочных материалов. Выделяется три группы средств защиты металлических поверхностей:1 - грунтовки, 2 - краски, 3 - универсальные препараты "три в одном".

Грунтовка - это не только средство борьбы с атмосферным окислением, но и помощник краски, он передает следующему за ним покрытию большую адгезию к основанию. Необходимо помнить, что для разных металлов используются разные грунтовки. Так например, для алюминиевых оснований лучше применять специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски.

Такие металлы как медь, латунь и бронзу не красят, так как они поступают в дальнейшую переработку с заводской обработкой, которая защищает поверхность и подчеркивает ее красоту. Когда данное заводское покрытие все таки нарушается под воздействием разных факторов, то лучше всего полностью его удалить с помощью растворителя. Затем основание необходимо отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Таким образом, не смотря на множество полезных свойств металла, каждый из его видов требует особого подхода и дополнительной защиты. Если Вы не спеша и продуманно подойдете к покупке и использованию металла для Ваших целей. То он будет радовать Вас своими преимуществами, а Вы прощать ему его недостатки
Черные и цветные металлы, их применение
черные и цветные металлы
В современных условиях повсеместно используются металлы различного типа. Сфера их применения охватывает практически все отрасли, поэтому они имеют высокую ценность на рынке. Все металлы условно разделяются на два типа:

черные;
цветные.

Первые относятся к категории сплавов, содержащих железо. Вторые создаются на основе более редких металлов с уникальными свойствами. Компания «Металл-Снаб» принимает черный лом в Москве на выгодных условиях. Высокие цены и широкий спектр услуг обеспечивают нашим клиентам хорошую прибыль с продажи металлов.

Ключевые свойства черных металлов

Железо и его сплавы являются основными металлами на рынке. В чистом виде вещество встречается в природе крайне редко. Земная кора содержит менее 6% данного вещества. Основная добыча металла осуществляется путем обработки железной руды. Она является основным источником получения железа.

У черных металлов имеется ряд ключевых свойств и особенностей, которые достигаются путем изменения состава сплавов. Основными достоинствами являются:

высокий показатель твердости;
устойчивость к механическим воздействиям;
повышенная прочность;
большой объем сырья для производства;
отличная свариваемость;
низкая стоимость (в сравнении с цветметом) и прочее.
Благодаря данным особенностям чермет активно используется в промышленном и гражданском строительстве для возведения сооружений с высокими показателями нагрузки.

Виды и сплавы черных металлов

Добавление в состав железа сторонних веществ позволяет изменить свойства и характеристики металла. Развитие современной промышленности обеспечило создание ряда сплавов, которые относятся к чермету. Основными из них являются:

Сталь. Наиболее распространенный тип черного металла, который применяется практически везде. Для создания сплава используется порядка 99% железа и от 0,02 до 2,14% углерода. Добавление веществ другого типа в значительной мере изменяет свойства металла, позволяя добиться защиты от коррозии, повышения прочности, устойчивости к высоким температурам и так далее. Наиболее известными марками стали являются 3А, 5А и 12А. На рынке они имеют высокий спрос, поскольку могут использоваться для вторичного производства.

Чугун. Второй представитель железных сплавов. В чугуне процент содержания углерода выше, чем в стали (от 3 до 5%). Данный металл также широко используется в различных сферах производства и промышленности. Однако он обладает большой массой, что ограничивает его использования в определенных условиях. Чаще всего чугун переплавляется в сталь по окончанию срока эксплуатации. Вам нужно знать сколько стоит чугун за 1 кг на лом, перейдите в соответствущий раздел сайта.
Дальнейшая классификация чермета зависит от наличия конкретных веществ в составе сплава. Высоким спросом на рынке пользуется нержавеющая сталь и оцинковка.

Сферы применения черных металлов

Доступность и свойства материала стали основной причиной его спроса на рынке. Сегодня чермет обширно используется в следующих отраслях:

автомобилестроение;

пищевая промышленность;
электротехника и теплоэнергетика;
промышленное и гражданское строительство;
производство изделий различного типа и прочие.
При этом ряд сплавов, отличающихся уникальными свойствами, может использоваться в строгих эксплуатационных условиях. Это относится к производству при резких перепадах температуры, в условиях агрессивной среды и так далее.

Свойства цветных металлов

Цветмет обладает уникальными особенностями, которые позволяют применять сплавы для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами. Цветные металлы имеют более высокую стоимость на рынке. Во многом это обусловлено ограниченностью ресурсов. По этой же причине лом цветмета чаще перерабатывается для вторичного использования. Ключевыми свойствами цветных металлов являются:

устойчивость к коррозии;

отличная электропроводность;
высокий показатель пластичности и гибкости;
малый вес (по отношению к чермету);
наличие уникальных свойств и прочее.
Конкретные виды цветных металлов имеют определенные области применения. Многие из них широко используются в фармацевтике, медицине, авиастроении и других отраслях.

Основные виды цветных металлов

Видов цветмета на порядок больше, чем черных металлов. Добавление в состав сплава различных веществ позволило разнообразить структуру и свойства материала. Сегодня все цветные металлы классифицируются по группам:

тяжелые (свинец, медь, цинк);

легкие (алюминий, титан, литий);
тугоплавкие (вольфрам, ванадий);
благородные (серебро, золото, платина);
радиоактивные (уран, радий);
рассеянные (индий, таллий, германий);
редкоземельные (церий, скандий, иттрий).
Каждый тип цветных металлов обладает своими уникальными особенностями и характеристиками, определяющими его назначение.

Популярные цветные металлы и их применение

Несмотря на довольно большое количество известных цветметов, на рынке пользуются большим спросом только некоторые из них. Наиболее востребованы:

Медь. Металл с антикоррозийными свойствами и эффективной электропроводимостью. Используется для изготовления труб, кабелей, проводки и других технических изделий.

Латунь. Сплав меди с оловом. Основное применение сплав получил на производстве сантехнических изделий.
Алюминий. Довольно легкий металл, который широко используется в авиастроении. Данная отрасль является основным потребителем алюминия на рынке, поскольку он отличается легкостью и устойчивостью к негативным внешним факторам.
Свинец. Тяжелый сплав, который занимает четвертое место на производстве после меди, алюминия и цинка. Обладает хорошими электропроводными свойствами. Однако токсичен и ядовит, что ограничивает сферу его применения.
Цинк. Активно используется для создания других сплавов. В чистом виде применяется в фармацевтике и ряде производственных отраслей.
Каждый из цветных металлов имеет свою стоимость на вторичном рынке. Поскольку объемы сырья в природе ограничены, переработка позволяет организациям сократить расходы, выполнив переплавку старых изделий. По этой причине цена на цветмет ежегодно растет.

Почему необходимо сдавать черные и цветные металлы?

За прошлые столетия количество металлов, использовавшихся для изготовления различных изделий, сильно возросло. Если не следить за выбросом отходов, объемы старого лома послужат причиной нанесения вреда экологии. При этом некоторый цветмет имеет токсичные свойства, которые наносят вред организму человека. Хранение таких изделий может привести к хроническим заболеваниям сотрудников.

Также переработка металлов позволяет значительно сократить расходы предприятий и организаций за счет переплавки старого лома. Сдача металлолома обеспечивает экономическую выгоду для всех сторон, дополнительно помогая снизить риск возникновения экологической катастрофы. Наша компания «Металл-Снаб» обеспечит клиентов транспортом и погрузчиками для быстрого вывоза лома. Высокие цены и качественный сервис наших пунктов приема обеспечат выгодные условия для наших клиентов.

Цветные металлы: особенности применения и обработки
На сегодняшний день цветные металлы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Металл является химически простым веществом, обладающим такими характеристиками, как ковкость, теплопроводность, электропроводность; внешне отличается особым блеском. Существует несколько классификаций металлов, основными группами металлов являются следующие:

Черные металлы (железо и его сплавы);

Цветные металлы (все остальные металлы и сплавы, за исключением железа);
Благородные или драгоценные металлы (серебро, золото, платина и остальные металлы платиновой группы);
Легкие металлы (имеющие низкую плотность);
Тяжелые металлы (цветные металлы, обладающие плотностью выше, чем железо).
Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов, называемых черными металлами). Термин <цветные металлы> в русском языке соответствует термину <нежелезные металлы> в европейских языках. Во многих других языках цветные металлы называются термином <нежелезные металлы>

В науке принята условная классификация цветных металлов, по которой они разделены по различным признакам, характерным для той или иной группы:

легкие металлы (алюминий, титан, магний),
тяжелые цветные металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель),
благородные металлы (в т. ч. платиновые металлы),
тугоплавкие металлы,
рассеянные металлы,
редкоземельные металлы,
радиоактивные металлы.
Цветные металлы весьма востребованы в нашей стране, их производство широко распространено во всех регионах.

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. Различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии легких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжелых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Основные цветные металлы

Алюминий

Алюминий — это цветной металл, который обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью, но имеет низкие механические свойства. Различают алюминий первичный и вторичный.

Медь

Медь — это металл, который является наиболее распространенным среди цветных, обладающим высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Медь хорошо сплавляется со многими металлами, образуя сплавы, которые широко используются в машиностроении.

Цинк

Цинк — это цветной металл, который при обыкновенной температуре хрупок, но при нагреве до 100-150 градусов хорошо куется и прокатывается. Цинк устойчив против коррозии, однако разрушается под действием кислот и щелочей. Температура плавления — 419 градусов.

Применение цветных металлов

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

Особенности цветных металлов

1. Некоторые металлы (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.

2. Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).

3. Все цветные сплавы при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода .

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается , его лучше полностью удалить с помощью растворителя , после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.
Производство и использование металлов в промышленности постоянно растет. Область применения металлов определяется их индивидуальными физическими свойствами. При этом применение цветных и черных металлов в промышленности обеспечивает приблизительно 72-74% в общем объеме мировой продукции.

Стали применяют в приборо- и машиностроении, строительстве для изготовления рессор, амортизаторов, пружин и прочих упругих элементов, а также проволоки, болтов и тому подобное.
Чугун, в частности ковкий, благодаря высокой прочности и сопротивлению удару используется в автомобилестроении для изготовления всевозможных деталей: тормозных колодок, угольников, тройников и тому подобное.Цветная металлургия производит полный цикл производства цветных металлов и их сплавов, которые в дальнейшем используются в различных сферах. Особенно распространено применение металлов в пищевой промышленности и машиностроении. Попробуем разобраться, в каких отраслях промышленности используют цветные металлы чаще всего.

1. Медь применяется в:

в производстве взрывчатых веществ в качестве детонатора либо окислителя;

в химической промышленности в качестве катализатора и при производстве химреактивов;

авиационной и авиакосмической – в сплавах с добавлением меди или магния как конструкционный материал;

ракето-, авиа- и кораблестроении;

ювелирной промышленности – благодаря внешней схожести с золотом для создания бижутерии.Применение металлов
Строительные материалы. Металлы и их сплавы являются одним из важнейших строительных материалов современной цивилизации. Это в основном определяется их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, изменяя рецептуру сплавов, можно изменять их свойства в очень широком диапазоне.

Электрические материалы. Металлы используются как хорошие электрические проводники (медь, алюминий), так и как материалы с повышенным сопротивлением для резисторов и электрических нагревательных элементов (нихром и т.д.).

Инструментальные материалы. Металлы и их сплавы часто используются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твердые сплавы. В качестве инструментальных материалов используются также алмаз, нитридЦветные металлы и сплавы получили широкое применение в современном машиностроении. Особенно возросла их роль в связи с развитием реактивной техники и атомной энергии, освоением космического пространства и развитием радиоэлектроники.

Широкое применение цветных металлов объясняется их особыми свойствами: высокими электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, малой плотностью и др. Кроме того, цветные металлы способны образовывать сплавы друг с другом и с черными металлами. Однако они дорогостоящие, и там, где это возможно, их заменяют черными металлами. Цветные металлы обычно делят на четыре группы: тяжелые ‑ медь, никель, свинец, цинк, олово; легкие ‑ алюминий, магний, титан, кальций и др.; благородные ‑ золото, серебро, платина; редкие ‑ молиоден, вольфрам, ванадий, уран и др.

AD
Наибольшее применение в промышленности находят медь, алюминий, цинк, свинец, олово, никель, титан, магний. Расширяется область применения радиоактивных металлов (уран, торий, актиний), обладающих огромной энергией атомного распада. Способы получения цветных металлов весьма разнообразны, технология их производства существенно отличается от технологии получения черных металлов.

Производство меди

Медь является ценным техническим металлом. В чистом виде она имеет красный цвет, температура ее плавления 1083 °С, плотность 8,96 т/м3. Медь хорошо проводит электричество и теплоту, отличается пластичностью. В чистом виде медь используется в электро- и радиопромышленности, значительная часть ее идет на изготовление сплавов.

В земной коре медь встречается преимущественно в виде сульфидных и частично в виде окисных руд. Поэтому около 80 % меди выплавляют из сульфидных руд. Наиболее распространенными медными рудами являются медный колчедан, содержащий халькопирит (CuFeS2), и медный блеск, содержащий халькозин (Cu2S).

Все медные руды относительно бедные (содержание меди ‑ 1...5%), поэтому их обогащают. Для этих целей чаще всего используют метод флотации, основанный на различной (избирательной) способности тонкоизмельченных частиц рудных минералов и пустой породы смачиваться реагентами. Вместе с пузырьками воздуха, пропускаемого через пульпу (смесь измельченной руды, воды и флотореагентов), на поверхность ванны поднимаются частицы рудных минералов, а большая часть породы идет в осадок и удаляется. Этим методом можно извлечь до 90 % меди, находящейся в руде. Содержание меди в полученных таким образом концентратах ‑ 15...30 %. Затраты на обогащение медных руд перекрываются экономическим эффектом, получаемым при металлургическом производстве за счет снижения расходов на топливо (меньше расплавляется пустой породы), повышения производительности отражательных печей, т. е. в конечном счете за счет снижения себестоимости 1 т меди.

Полученный посредством флотации концентрат содержит также влагу и сернистые соединения. Для удаления влаги и снижения содержания серы применяют обжиг. Последний ведут в специальных печах, в кипящем слое.

Пламенные (отражательные) печи по устройству сходны с мартеновскими. Длина современных печей доходит до 40 м, ширина 6...8 м. В них одновременно плавится более 100 т огарка. Плавка происходит за счет тепла факела пламени, температура в зоне плавления достигает 1450 °С. В печи поддерживается слабоокислительная среда.

В конце плавки на поду печи образуется штейн (Cu2S4FeS) ‑ расплав с содержанием меди 20...50 %, железа ‑ 20...40 %, серы ‑ 22...25 %, кислорода ‑ до 8% и включающий примеси: золото, серебро, свинец, цинк. Над слоем штейна располагается железистый шлак. Его удаляют, а штейн сливают и направляют в конвертеры для получения черновой меди.

Для получения черновой меди расплавленный штейн (рис. 8.2) через горловину 2 заливают в конвертер горизонтального типа. Длина конвертера ‑ 6...10 м, наружный диаметр ‑ 3...4 м. Фурмы 3 для вдувания воздуха расположены по образующей поверхности конвертера. Расплавленный штейн продувают воздухом (давление воздуха 0,075...0,125 МПа) и подают кварцевый флюс (с содержанием SiO2 70...80%) с помощью приспособления 1.

Можно выделить два периода процесса. В первом периоде происходит окисление сульфидов железа и ошлакование оксида железа:

2FeS + 3O2 + SiO2=(FeO)2.SiO2-2SO2.

Образовавшийся при этом шлак сливают. Во втором периоде окисляются сульфиды меди:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2.

Затем в результате взаимодействия сульфида меди с ее оксидом выделяется черновая медь (Cu2S + 2Cu2O = 6Cu-j-SO2), содержащая 98,5...99,5 % Си. В состав черновой меди входят примеси железа, серы, мышьяка, кислорода и др.

Образующийся газ улавливают и используют для производства серы или серной кислоты. Длительность продувки зависит от вместимости конвертера и содержания меди в штейне. Примеси снижают качество меди, поэтому черновую медь подвергают рафинированию, при этом из нее попутно извлекают благородные металлы.

Рафинирование меди производится огневым и электролитическим способами. Огневое рафинирование меди осуществляется в отражательных печах. Процесс состоит из следующих операций: расплавления, окисления всех примесей, удаления их с газами, а также перевода в шлак. Окисление примесей происходит за счет кислорода воздуха, который подается в жидкий металл. Образовавшиися шлак удаляют и ведут процесс «дразнения» для удаления растворенных газов.

Сначала в расплав погружают сырые жерди (березовые или сосновые), при этом происходит выделение паров воды и газов, а затем используют сухие жерди для раскисления меди. Готовую медь разливают на слитки или анодные пластины. Полученная таким образом медь включает благородные металлы (серебро, золото) и некоторые примеси (мышьяк, сурьму, селен и др.).

Для получения высококачественной меди и выделения из нее других металлов производят электролитическое рафинирование. Для этого черновую медь отливают в виде пластин ‑ анодов, которые погружают в ванну с 12...16 %-м водным раствором медного купороса в серной кислоте. Параллельно анодам подвешивают тонкие листы чистой меди (катоды). При пропускании постоянного тока аноды растворяются и медь осаждается на катодах. За 10... 12 сут на катодной пластине отлагается около 100 бора и керамика.кг меди. Катоды через 5... 12 сут выгружают, промывают, переплавляют и разливают в слитки. Расход электроэнергии на 1 т катодной меди составляет 20...400 кВт-ч.

В зависимости от степени чистоты различают пять марок меди (МО, Ml, М2, МЗ, М4) с содержанием меди от 99,95 до 99 %.

Производство алюминия

Алюминий ‑ один из самый распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 8 %.

Чистый алюминий ‑ металл серебристо-белого цвета, температура его плавления 660 °С, плотность 2,7 т/м3. Алюминий обладает высокими электро- и теплопроводностью, уступая по этим свойствам только серебру и меди, пластичностью и малой окисляемостью. Прочность и твердость алюминия относительно невысокие. В прокатанном и отожженном состоянии он очень пластичен, но малопрочен.

Наибольшее применение чистый алюминий получил в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей и обмотки. Алюминий и его сплавы широко применяются во многих отраслях промышленности: в авиации, металлургии, пищевой промышленности и др.

Алюминий обладает высокой химической активностью и в свободном состоянии в природе не встречается. Он входит в состав большинства горных пород в виде А12Оз и А1(ОН)3.

Получают алюминий из горных пород с высоким содержанием глинозема: бокситов, нефелинов, алунитов и коалинов. Основным сырьем для получения алюминия являются бокситы (50...60 % глинозема, 1...5% кремнезема, 2...25 оксида железа, 2...4 оксида титана, 10...30 % воды).

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух стадий: получения глинозема (А12Оз) из руды и производства алюминия из глинозема. В зависимости от состава и свойств исходного сырья применяют различные способы получения глинозема: химико-термические, кислотные и щелочные.

Широко распространены щелочные способы получения глинозема. Наиболее эффективным из них является мокрый щелочный способ. Этим способом перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема (2...3 %). Боксит при этом сушат, дробят, размалывают в шаровых мельницах и обрабатывают концентрированной щелочью для перевода гидрата оксида алюминия в алюминат натрия:

2Al(OH)3 + 2NaOH = Na2O-Al2O3-r-4H2O.

Алюминат натрия (Ыа2О'А12Оз) переходит в водный раствор, а другие примеси, не растворяющиеся в щелочах, выпадают в осадок и отфильтровываются. Часть кремнезема также переходит в осадок, остальная его часть растворяется в щелочи и загрязняет водный раствор. В связи с этим для очищения раствора требуется повышенный расход едкого натра.

Отфильтрованный водный раствор алюмината натрия поступает в специальные аппараты ‑ самоиспарители, где происходит гидролиз алюмината натрия и выделение гидроксида алюминия:

Na2O-Al203 + 4H2O = 2NaOH + 2Al(OH)3.

Полученный гидроксид алюминия направляется на фильтрование, а затем промывается и поступает в печь, где при температуре 1200 °С прокаливается. В процессе прокаливания получают чистый глинозем:

2А1 (ОН) з = А12Оз +ЗН2О.

Выход глинозема из руды при этом способе составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуется 2,0...2,5 т бокситов, 70...90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7...9 т водяного пара, 160...180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт-ч электроэнергии.

Глинозем представляет собой прочное химическое соединение, температура его плавления ‑ 2050 °С, кипения ‑ 2980 °С. В этих условиях восстановление алюминия углеродом или его оксидом весьма затруднительно, так как этот процесс заканчивается образованием карбида алюминия (А13С4).

Не представляется возможным получать алюминий с помощью электролиза водного раствора солей, так как в этом "случае на катоде выделяется только водород. Поэтому алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Процесс происходит в специальных электролизных ваннах. Электролизеры питаются током 50 000... 155 000 А при напряжении 4... 4,5 В. Ток используется не только для обеспечения процесса электролиза глинозема, но и для поддержания температуры электролита в пределах 950... 1000 °С.

Перед началом процесса ванну подогревают и постепенно добавляют криолит. При толщине слоя расплавленного криолита 200...300 мм в ванну загружают глинозем (10...15% от массы криолита). Под воздействием электрического тока на аноде выделяется кислород. Он взаимодействует с углеродом анода, образуя СО и СО2, которые отводятся из ванны. На дне ванны (катоде; собирается жидкий алюминии, который периодически откачивается с помощью вакуумного ковша, соединенного свакуумным насосом. По мере необходимости электрод обновляется. Суточная производительность ванны составляет около 350 кг алюминия. Длительность непрерывной работы ванны ‑ 2...3 года. Для производства 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, 0,7 т анодной массы, 0,1 т криолита и других фторидов и 16... 18 МВт-ч электроэнергии. В структуре себестоимости 1 т алюминия затраты на электроэнергию составляют более 30 %, около 50 % приходится на сырье и основные материалы. В этих условиях рациональное использование сырья и электроэнергии является одним из путей снижения себестоимости производства алюминия.

Для увеличения степени чистоты алюминия его дополнительно подвергают рафинированию. С этой целью алюминий в ковшах вместимостью около 1,25 т подвергают при температуре 650...770°С продувке хлором в течение 10...15 мин. Из алюминия выделяются примеси глинозема, криолита и газы. Рафинированный алюминий разливают в изложницы. Для получения алюминия высокой чистоты применяют электролитическое рафинирование. В этом случае анодом служит подлежащий очистке алюминий, катодом ‑ пластины из чистого алюминия. Расплавы хлористых и фтористых солей используются в качестве электролита.

Рафинирование алюминия возможно и другими способами. Некоторые заводы вторичного алюминия применяют, например, магниевый способ рафинирования.

Для получения алюминия особой чистоты широкое применение получил метод его зонной перекристаллизации, в основе которой лежит неодинаковое распределение примесей алюминия (или другого рафинируемого металла) между жидкой и твердой фазой при частичном расплавлении.

В зависимости от степени чистоты алюминия ГОСТ 11069‑64 нормирован выпуск его марок А995, А99, А95 с содержанием примесей не более 0,005...0,5 % и алюминия особой чистоты А999 (не более 0,001 % примесей).

В цветной металлургии в настоящее время применяют новый, способ комплексной переработки сырья ‑ плавки в «жидкой ванне».

Суть этого способа заключается в следующем: в печь, где идет плавка и температура шлака достигает 1350 °С, подается через фурмы кислород. Через свод печи производят загрузку сырья. Размер частиц может быть от нескольких микрометров до десятка сантиметров (особой подготовки шихты новая технология не требует). Попадая в кипящий, перемешиваемый кислородом шлак, частицы шихты тонут в нем и быстро расправляются. Частицы сульфида меди не смешиваются со шлаком, а «плавают» в нем. Зато однородные частички металла (меди, никеля и др.) сливаются в тяжелые капли и проходят через шлак, образуя под ним слой штейна, который непрерывно выпускается из печи. При плавке в «жидкой ванне» содержание меди в шлаке даже без специального его обеднения составляет всего 0,5...0,6 %, зато в штейне ее содержится до 60 %. Использование кислородного дутья позволяет получить в процессе окисления сульфидов теплоту, достаточную для «самообеспечения» процесса плавки без расхода топлива.

Выброс отходящих газов в 10 раз ниже, нежели при плавке сульфидных руд по обычной технологии. Эти газы содержат до 60 % диоксида серы и могут использоваться для получения серы, которая извлекается способами, уже освоенными промышленностью.

Удельная производительность печи для плавки в «жидкой ванне» превышает производительность отражательной печи более чем в 15 раз. При этом резко облегчаются условия труда и уменьшается загрязнение окружающей среды отходами производства цветных металлов.

Download 264.23 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham: