Støbning af ikke-jernholdige metaller

Jernholdige metaller bruges i vid udstrækning i ingeniørindustrien på grund af deres overlegenhed, række af mekaniske egenskaber og lavere omkostninger.Alligevel anvendes ikke-jernholdige metaller også i forskellige applikationer på grund af deres specifikke egenskaber sammenlignet med jernholdige legeringer på trods af deres generelt høje omkostninger.Ønskede mekaniske egenskaber kan opnås i disse legeringer ved arbejdshærdning, ældningshærdning osv., men ikke gennem normale varmebehandlingsprocesser, der anvendes til jernholdige legeringer.Nogle af de vigtigste ikke-jernholdige materialer af interesse er aluminium, kobber, zink og magnesium

1. Aluminium

Af alle ikke-jernholdige legeringer er aluminium og dets legeringer de vigtigste på grund af deres fremragende egenskaber.Nogle af egenskaberne ved rent aluminium, som det bruges til i ingeniørindustrien, er:

• 1) Fremragende varmeledningsevne (0,53 cal/cm/C)
• 2) Fremragende elektrisk ledningsevne (376 600/ohm/cm)
• 3) Lav massetæthed (2,7 g/cm)
• 4) Lavt smeltepunkt (658C)
• 5) Fremragende korrosionsbestandighed
• 6) Det er ikke-giftigt.
• 7) Det har en af ​​de højeste reflektiviteter (85 til 95 %) og meget lav emissivitet (4 til 5 %)
• 8) Det er meget blødt og duktilt, hvilket resulterer i, at det har meget gode fremstillingsegenskaber.

Nogle af de applikationer, hvor rent aluminium generelt bruges, er i elektriske ledere, radiatormaterialer, klimaanlæg, optiske og lysreflektorer samt folie- og emballagematerialer.

På trods af ovenstående nyttige applikationer er rent aluminium ikke udbredt på grund af følgende problemer:

• 1) Det har lav trækstyrke (65 MPa) og hårdhed (20 BHN)
• 2. Det er meget svært at svejse eller lodde.

Aluminiums mekaniske egenskaber kan forbedres væsentligt ved legering.De vigtigste legeringselementer, der anvendes, er kobber, mangan, silicium, nikkel og zink.

Aluminium og kobber danner den kemiske forbindelse CuAl2.Over en temperatur på 548 C opløses det fuldstændigt i flydende aluminium.Når dette er bratkølet og kunstigt ældet (langvarig opbevaring ved 100 - 150C), opnås en hærdet legering.CuAl2, som ikke er ældet, har ikke tid til at udfælde fra den faste opløsning af aluminium og kobber og er derfor i en ustabil position (overmættet ved stuetemperatur).Ældningsprocessen udfælder meget fine partikler af CuAl2, som forårsager styrkelse af legeringen.Denne proces kaldes opløsningshærdning.

De øvrige legeringselementer, der anvendes, er op til 7 % magnesium, op til 1,5 % mangan, op til 13 % silicium, op til 2 % nikkel, op til 5 % zink og op til 1,5 % jern.Ud over disse kan titanium, chrom og columbium også tilsættes i små procenter.Sammensætningen af ​​nogle typiske aluminiumslegeringer, der anvendes til permanent støbning og trykstøbning, er angivet i tabel 2. 10 med deres anvendelser.De mekaniske egenskaber, der forventes af disse materialer, efter at de er støbt ved hjælp af permanente forme eller trykstøbning, er vist i tabel 2.1

2. Kobber

I lighed med aluminium finder rent kobber også bred anvendelse på grund af dets følgende egenskaber

• 1) Den elektriske ledningsevne af rent kobber er høj (5,8 x 105 /ohm/cm) i sin reneste form.Enhver lille urenhed nedsætter ledningsevnen drastisk.For eksempel reducerer 0,1 % fosfor ledningsevnen med 40 %.
• 2) Den har en meget høj varmeledningsevne (0,92 cal/cm/C)
• 3) Det er et tungmetal (vægtfylde 8,93)
• 4) Det kan let sammenføjes ved lodning
• 5) Det modstår korrosion,
• 6) Den har en behagelig farve.

Rent kobber bruges til fremstilling af elektriske ledninger, samleskinner, transmissionskabler, køleskabsrør og rør.

De mekaniske egenskaber af kobber i dets reneste tilstand er ikke særlig gode.Den er blød og relativt svag.Det kan legeres rentabelt for at forbedre de mekaniske egenskaber.De vigtigste legeringselementer, der anvendes, er zink, tin, bly og fosfor.

Legeringerne af kobber og zink kaldes messing.Med et zinkindhold på op til 39 % danner kobber en enkeltfaset (α-fase) struktur.Sådanne legeringer har høj duktilitet.Farven på legeringen forbliver rød op til et zinkindhold på 20 %, men derudover bliver den gul.En anden strukturel komponent kaldet β-fase forekommer mellem 39 og 46% af zink.Det er faktisk den intermetalliske forbindelse CuZn, der er ansvarlig for den øgede hårdhed.Styrken af ​​messing øges yderligere, når små mængder mangan og nikkel tilsættes.

Legeringerne af kobber med tin kaldes bronzer.Hårdheden og styrken af ​​bronze øges med en fold i tinindholdet.Duktiliteten reduceres også med stigningen i tinprocenten over 5. Når der også tilsættes aluminium (4 til 11%), kaldes den resulterende legering aluminiumbronze, som har en betydelig højere korrosionsbestandighed.Bronzer er forholdsvis dyre sammenlignet med messing på grund af tilstedeværelsen af ​​tin, som er et dyrt metal.

3. Andre ikke-jernholdige metaller

Zink

Zink bruges hovedsageligt i teknik på grund af dets lave smeltetemperatur (419,4 C) og højere korrosionsbestandighed, som øges med zinkens renhed.Korrosionsbestandigheden er forårsaget af dannelsen af ​​en beskyttende oxidbelægning på overfladen.De vigtigste anvendelser af zink er galvanisering for at beskytte stål mod korrosion, i trykkeriindustrien og til trykstøbning.

Ulemperne ved zink er den stærke anisotropi, der udvises under deformerede forhold, mangel på dimensionsstabilitet under ældningsbetingelser, en reduktion i slagstyrke ved lavere temperaturer og modtageligheden for inter-granulær korrosion.Det kan ikke bruges til service over en temperatur på 95.C, fordi det vil forårsage betydelig reduktion i trækstyrke og hårdhed.

Dens udbredte anvendelse i trykstøbegods skyldes, at den kræver lavere tryk, hvilket resulterer i længere matricelevetid sammenlignet med andre trykstøbelegeringer.Desuden har den meget god bearbejdelighed.Den finish, der opnås ved zinktrykstøbning, er ofte tilstrækkelig til at berettige enhver yderligere forarbejdning, bortset fra fjernelse af flashen, der er til stede i skilleplanet.

Magnesium

På grund af deres lette vægt og gode mekaniske styrke anvendes magnesiumlegeringer i meget høje hastigheder.For den samme stivhed kræver magnesiumlegeringer kun 37,2 % af vægten af ​​C25-stål, hvilket sparer i vægt.De to vigtigste legeringselementer, der anvendes, er aluminium og zink.Magnesiumlegeringer kan være sandstøbt, permanent formstøbt eller trykstøbt.Egenskaberne af sandstøbte magnesiumlegeringskomponenter er sammenlignelige med egenskaberne for de permanente formstøbte eller trykstøbte komponenter.Trykstøbelegeringerne har generelt et højt kobberindhold, således at de kan fremstilles af sekundære metaller for at reducere omkostningerne.De bruges til fremstilling af bilhjul, krumtaphuse osv. Jo højere indhold, desto højere er den mekaniske styrke af magnesiumbearbejdede legeringer såsom valsede og smedede komponenter.Magnesiumlegeringer kan let svejses ved de fleste af de traditionelle svejseprocesser.En meget nyttig egenskab ved magnesiumlegeringer er deres høje bearbejdelighed.De kræver kun omkring 15 % af kraften til bearbejdning sammenlignet med stål med lavt kulstofindhold.