Els materials fèrrics s’utilitzen àmpliament a la indústria de l’enginyeria per la seva superioritat, la seva gamma de propietats mecàniques i els seus costos més baixos. Tot i així, els materials no ferrosos també s’utilitzen en diverses aplicacions per les seves propietats específiques en comparació amb els aliatges ferrosos malgrat el seu cost generalment alt. Les propietats mecàniques desitjades es poden obtenir en aquests aliatges mitjançant enduriment del treball, enduriment per edat, etc., però no mitjançant processos normals de tractament tèrmic utilitzats en aliatges ferrosos. Alguns dels principals materials no ferrosos d’interès són l’alumini, el coure, el zinc i el magnesi
1. Alumini
De tots els aliatges no ferrosos, l’alumini i els seus aliatges són els més importants per les seves excel·lents propietats. Algunes de les propietats de l'alumini pur per a les quals s'utilitza a la indústria de l'enginyeria són:
1) Excel·lent conductivitat tèrmica (0,53 cal / cm / C)
2) Excel·lent conductivitat elèctrica (376 600 / ohm / cm)
3) Densitat de massa baixa (2,7 g / cm)
4) Punt de fusió baix (658C)
5) Excel·lent resistència a la corrosió
6) No és tòxic.
7) Té una de les reflectivitats més altes (85 a 95%) i molt baixa emissivitat (4 a 5%)
8) És molt suau i dúctil, per la qual cosa té molt bones propietats de fabricació.
Algunes de les aplicacions en què s’utilitza generalment l’alumini pur es troben en conductors elèctrics, materials d’aletes de radiadors, unitats de climatització, reflectors òptics i de llum i làmines i materials d’embalatge.
Malgrat les aplicacions útils anteriors, l'alumini pur no s'utilitza àmpliament a causa dels problemes següents:
1) Té baixa resistència a la tracció (65 MPa) i duresa (20 BHN)
2. És molt difícil soldar o soldar.
Les propietats mecàniques de l'alumini es poden millorar substancialment mitjançant l'aliatge. Els principals elements d'aliatge utilitzats són el coure, el manganès, el silici, el níquel i el zinc.
L’alumini i el coure formen el compost químic CuAl2. Per sobre de la temperatura de 548 C es dissol completament en alumini líquid. Quan s’apaga i s’envelleix artificialment (manteniment prolongat entre 100 i 150 ºC), s’obté un aliatge endurit. El CuAl2, que no està envellit, no té temps de precipitar de la solució sòlida d’alumini i coure i, per tant, es troba en una posició inestable (super-saturada a temperatura ambient). El procés d'envelliment precipita partícules molt fines de CuAl2, cosa que provoca l'enfortiment de l'aliatge. Aquest procés s’anomena enduriment de la solució.
Els altres elements d'aliatge que s'utilitzen són fins a un 7% de magnesi, fins a un 1,5% de manganès, fins a un 13% de silici, fins a un 2% de níquel, fins a un 5% de zinc i fins a un 1,5% de ferro. A més, també es poden afegir titani, crom i columbi en petits percentatges. La composició d'alguns aliatges d'alumini típics utilitzats en l'emmotllament permanent i la fosa a pressió es dóna a la taula 2. 10 amb les seves aplicacions. Les propietats mecàniques esperades d’aquests materials després de la seva fosa mitjançant motlles permanents o fosa a pressió es mostren a la taula 2.1
2. Coure
De manera similar a l’alumini, el coure pur també té una àmplia aplicació a causa de les seves següents propietats
1) La conductivitat elèctrica del coure pur és alta (5,8 x 105 / ohm / cm) en estat pur. Qualsevol petita impuresa redueix dràsticament la conductivitat. Per exemple, el 0,1% de fòsfor redueix la conductivitat un 40%.
2) Té una conductivitat tèrmica molt alta (0,92 cal / cm / C)
3) És un metall pesat (pes específic 8,93)
4) Es pot unir fàcilment mitjançant soldadura
5) Resisteix a la corrosió,
6) Té un color agradable.
El coure pur s’utilitza en la fabricació de cables elèctrics, barres de bus, cables de transmissió, tubs i canonades de nevera.
Les propietats mecàniques del coure en estat pur no són molt bones. És suau i relativament feble. Es pot aliar de forma rendible per millorar les propietats mecàniques. Els principals elements d’aliatge que s’utilitzen són el zinc, l’estany, el plom i el fòsfor.
Els aliatges de coure i zinc s’anomenen llautons. Amb un contingut de zinc de fins al 39%, el coure forma una estructura monofàsica (fase α). Aquests aliatges tenen una alta ductilitat. El color de l'aliatge es manté vermell fins a un contingut de zinc del 20%, però més enllà es torna groc. Un segon component estructural anomenat fase β apareix entre el 39 i el 46% del zinc. En realitat, és el compost intermetàl·lic CuZn el responsable de l’augment de la duresa. La força del llautó augmenta encara més quan s’afegeixen petites quantitats de manganès i níquel.
Els aliatges de coure amb estany s’anomenen bronzes. La duresa i la resistència del bronze augmenten amb un plec de contingut en llauna. La ductilitat també es redueix amb l’augment del percentatge d’estany per sobre de 5. Quan també s’afegeix alumini (del 4 a l’11%), l’aliatge resultant s’anomena bronze d’alumini, que té una resistència a la corrosió considerablement més gran. Els bronzes són comparativament costosos en comparació amb els llautons a causa de la presència d'estany, que és un metall car.
3. Altres metalls no ferrosos
Zinc
El zinc s’utilitza principalment en enginyeria a causa de la seva baixa temperatura de fusió (419,4 C) i una major resistència a la corrosió, que augmenta amb la puresa del zinc. La resistència a la corrosió és causada per la formació d’un revestiment d’òxid protector a la superfície. Les principals aplicacions del zinc són la galvanització per protegir l’acer de la corrosió, a la indústria de la impressió i per a la fosa a pressió.
Els desavantatges del zinc són la forta anisotropia presentada en condicions deformades, la manca d’estabilitat dimensional en condicions d’envelliment, la reducció de la resistència a l’impacte a temperatures més baixes i la susceptibilitat a la corrosió inter-granular. No es pot utilitzar per al servei a una temperatura superior a 95 ° C, ja que provocarà una reducció substancial de la resistència a la tracció i la duresa.
El seu ús generalitzat en peces de fosa a pressió és que requereix una pressió més baixa, la qual cosa resulta en una vida de matriu més alta en comparació amb altres aliatges de fosa a pressió. A més, té una molt bona mecanització. L'acabat obtingut per la pressió de zinc és sovint adequat per justificar qualsevol altre processament, tret de l'eliminació del flaix present al pla de separació.
Magnesi
A causa del seu pes lleuger i bona resistència mecànica, els aliatges de magnesi s’utilitzen a velocitats molt altes. Per a la mateixa rigidesa, els aliatges de magnesi només requereixen un 37,2% del pes de l’acer C25, cosa que suposa un estalvi de pes. Els dos elements principals d'aliatge que s'utilitzen són l'alumini i el zinc. Els aliatges de magnesi poden ser de fosa de sorra, fosa de motlle permanent o fosa a pressió. Les propietats dels components de l’aliatge de magnesi fos a la sorra són comparables a les dels components permanents de motlle o motlle. Els aliatges de fosa a pressió solen aliar-se amb un alt contingut de coure, de manera que permeten fabricar-los a partir de metalls secundaris per reduir els costos. S'utilitzen per fabricar rodes d'automòbils, cigonyals, etc. Com més alt sigui el contingut, major serà la resistència mecànica dels aliatges forjats de magnesi, com ara components laminats i forjats. Els aliatges de magnesi es poden soldar fàcilment mitjançant la majoria dels processos tradicionals de soldadura. Una propietat molt útil dels aliatges de magnesi és la seva elevada mecanització. Només requereixen aproximadament un 15% de potència per al mecanitzat en comparació amb l’acer baix en carboni.
Hora de publicació: 18 de desembre de 2020