Gjutning av icke-järnmetaller

Järnmetaller används i stor utsträckning inom verkstadsindustrin på grund av deras överlägsenhet, utbud av mekaniska egenskaper och lägre kostnader.Ändå används icke-järnmetaller också i olika tillämpningar för sina specifika egenskaper jämfört med järnlegeringar trots deras generellt höga kostnad.Önskade mekaniska egenskaper kan erhållas i dessa legeringar genom arbetshärdning, åldringshärdning, etc, men inte genom normala värmebehandlingsprocesser som används för järnlegeringar.Några av de viktigaste icke-järnhaltiga materialen av intresse är aluminium, koppar, zink och magnesium

1. Aluminium

Av alla icke-järnlegeringar är aluminium och dess legeringar de viktigaste på grund av deras utmärkta egenskaper.Några av egenskaperna hos rent aluminium som det används för inom verkstadsindustrin är:

• 1) Utmärkt värmeledningsförmåga (0,53 cal/cm/C)
• 2) Utmärkt elektrisk ledningsförmåga (376 600/ohm/cm)
• 3) Låg massdensitet (2,7 g/cm)
• 4) Låg smältpunkt (658C)
• 5) Utmärkt korrosionsbeständighet
• 6) Det är giftfritt.
• 7) Den har en av de högsta reflektiviteterna (85 till 95 %) och mycket låg emissivitet (4 till 5 %)
• 8) Det är mycket mjukt och formbart vilket gör att det har mycket goda tillverkningsegenskaper.

Några av de applikationer där rent aluminium vanligtvis används är i elektriska ledare, radiatorflänsmaterial, luftkonditioneringsenheter, optiska och ljusreflektorer samt folie- och förpackningsmaterial.

Trots ovanstående användbara applikationer används inte rent aluminium i stor utsträckning på grund av följande problem:

• 1) Den har låg draghållfasthet (65 MPa) och hårdhet (20 BHN)
• 2. Det är mycket svårt att svetsa eller löda.

De mekaniska egenskaperna hos aluminium kan förbättras avsevärt genom legering.De huvudsakliga legeringsämnena som används är koppar, mangan, kisel, nickel och zink.

Aluminium och koppar bildar den kemiska föreningen CuAl2.Över en temperatur på 548 C löses den helt i flytande aluminium.När denna kyls och åldras på konstgjord väg (förlängd hållning vid 100 - 150C) erhålls en härdad legering.CuAl2, som inte åldras, hinner inte fällas ut från den fasta lösningen av aluminium och koppar och är därför i en instabil position (övermättad vid rumstemperatur).Åldringsprocessen fäller ut mycket fina partiklar av CuAl2, vilket gör att legeringen förstärks.Denna process kallas lösningshärdning.

De andra legeringselementen som används är upp till 7 % magnesium, upp till 1,5 % mangan, upp till 13 % kisel, upp till 2 % nickel, upp till 5 % zink och upp till 1,5 % järn.Utöver dessa kan titan, krom och columbium också tillsättas i små procentsatser.Sammansättningen av några typiska aluminiumlegeringar som används i permanent formning och pressgjutning anges i tabell 2. 10 med deras tillämpningar.De mekaniska egenskaper som förväntas av dessa material efter att de gjutits med permanenta formar eller tryckpressgjutning visas i Tabell 2.1

2. Koppar

I likhet med aluminium, finner ren koppar också bred användning på grund av dess följande egenskaper

• 1) Den elektriska ledningsförmågan hos ren koppar är hög (5,8 x 105 /ohm/cm) i sin renaste form.Varje liten förorening sänker konduktiviteten drastiskt.Till exempel minskar 0,1 % fosfor konduktiviteten med 40 %.
• 2) Den har en mycket hög värmeledningsförmåga (0,92 cal/cm/C)
• 3) Det är en tungmetall (specifik vikt 8,93)
• 4) Den kan lätt sammanfogas genom lödning
• 5) Det motstår korrosion,
• 6) Den har en behaglig färg.

Ren koppar används vid tillverkning av elektriska ledningar, samlingsskenor, transmissionskablar, kylrör och rör.

De mekaniska egenskaperna hos koppar i dess renaste tillstånd är inte särskilt bra.Den är mjuk och relativt svag.Det kan legeras lönsamt för att förbättra de mekaniska egenskaperna.De viktigaste legeringsämnena som används är zink, tenn, bly och fosfor.

Legeringarna av koppar och zink kallas mässing.Med en zinkhalt på upp till 39 % bildar koppar en enfas (α-fas) struktur.Sådana legeringar har hög duktilitet.Färgen på legeringen förblir röd upp till en zinkhalt på 20 %, men utöver det blir den gul.En andra strukturell komponent som kallas β-fas förekommer mellan 39 och 46 % av zink.Det är faktiskt den intermetalliska föreningen CuZn som är ansvarig för den ökade hårdheten.Styrkan hos mässing ökar ytterligare när små mängder mangan och nickel tillsätts.

Legeringarna av koppar med tenn kallas bronser.Hårdheten och styrkan hos brons ökar med ett veck i tenninnehållet.Duktiliteten minskar också med ökningen av tennprocenten över 5. När även aluminium tillsätts (4 till 11%) kallas den resulterande legeringen för aluminiumbrons, som har en avsevärt högre korrosionsbeständighet.Bronser är jämförelsevis dyra jämfört med mässing på grund av närvaron av tenn som är en dyr metall.

3. Andra icke-järnmetaller

Zink

Zink används främst inom tekniken på grund av dess låga smälttemperatur (419,4 C) och högre korrosionsbeständighet, som ökar med renheten hos zink.Korrosionsbeständigheten orsakas av bildandet av en skyddande oxidbeläggning på ytan.De huvudsakliga användningsområdena för zink är galvanisering för att skydda stål från korrosion, i tryckeriindustrin och för pressgjutning.

Nackdelarna med zink är den starka anisotropin som uppvisas under deformerade förhållanden, bristande dimensionsstabilitet under åldringsförhållanden, en minskning av slaghållfastheten vid lägre temperaturer och känsligheten för inter-granulär korrosion.Den kan inte användas för service över en temperatur på 95.C eftersom den kommer att orsaka avsevärd minskning av draghållfasthet och hårdhet.

Dess utbredda användning i pressgjutgods beror på att det kräver lägre tryck, vilket resulterar i högre livslängd jämfört med andra pressgjutlegeringar.Dessutom har den mycket god bearbetbarhet.Finishen som erhålls genom pressgjutning av zink är ofta tillräcklig för att motivera ytterligare bearbetning, förutom avlägsnandet av blixten som finns i avskiljningsplanet.

Magnesium

På grund av sin låga vikt och goda mekaniska hållfasthet används magnesiumlegeringar i mycket höga hastigheter.För samma styvhet kräver magnesiumlegeringar endast 37,2 % av vikten av C25-stål vilket sparar vikt.De två huvudsakliga legeringselementen som används är aluminium och zink.Magnesiumlegeringar kan vara sandgjutna, permanentgjutna eller pressgjutna.Egenskaperna hos sandgjutna magnesiumlegeringskomponenter är jämförbara med egenskaperna hos de permanenta formgjutna eller pressgjutna komponenterna.Pressgjutningslegeringarna har i allmänhet hög kopparhalt så att de kan tillverkas av sekundära metaller för att minska kostnaderna.De används för att tillverka bilhjul, vevhus, etc. Ju högre innehåll, desto högre mekanisk hållfasthet hos magnesiumsmidda legeringar såsom valsade och smidda komponenter.Magnesiumlegeringar kan lätt svetsas med de flesta traditionella svetsprocesser.En mycket användbar egenskap hos magnesiumlegeringar är deras höga bearbetbarhet.De kräver bara cirka 15 % av kraften för bearbetning jämfört med lågkolhaltigt stål.