Støping av ikke-jernholdige metaller

Jernholdige metaller er mye brukt i verkstedindustrien på grunn av deres overlegenhet, utvalg av mekaniske egenskaper og lavere kostnader.Likevel brukes ikke-jernholdige metaller også i forskjellige applikasjoner for deres spesifikke egenskaper sammenlignet med jernholdige legeringer til tross for deres generelt høye kostnader.Ønskede mekaniske egenskaper kan oppnås i disse legeringene ved arbeidsherding, aldersherding, etc, men ikke gjennom normale varmebehandlingsprosesser som brukes for jernholdige legeringer.Noen av de viktigste ikke-jernholdige materialene av interesse er aluminium, kobber, sink og magnesium

1. Aluminium

Av alle ikke-jernholdige legeringer er aluminium og dets legeringer de viktigste på grunn av deres utmerkede egenskaper.Noen av egenskapene til rent aluminium som det brukes til i verkstedindustrien er:

• 1) Utmerket termisk ledningsevne (0,53 cal/cm/C)
• 2) Utmerket elektrisk ledningsevne (376 600/ohm/cm)
• 3) Lav massetetthet (2,7 g/cm)
• 4) Lavt smeltepunkt (658C)
• 5) Utmerket korrosjonsbestandighet
• 6) Det er ikke giftig.
• 7) Den har en av de høyeste reflektivitetene (85 til 95 %) og svært lav emissivitet (4 til 5 %)
• 8) Den er veldig myk og duktil som et resultat av at den har svært gode produksjonsegenskaper.

Noen av bruksområdene hvor rent aluminium vanligvis brukes er i elektriske ledere, radiatormaterialer, klimaanlegg, optiske og lysreflektorer, og folie- og emballasjematerialer.

Til tross for de ovennevnte nyttige bruksområdene, er rent aluminium ikke mye brukt på grunn av følgende problemer:

• 1) Den har lav strekkfasthet (65 MPa) og hardhet (20 BHN)
• 2. Det er veldig vanskelig å sveise eller lodde.

De mekaniske egenskapene til aluminium kan forbedres vesentlig ved legering.De viktigste legeringselementene som brukes er kobber, mangan, silisium, nikkel og sink.

Aluminium og kobber danner den kjemiske forbindelsen CuAl2.Over en temperatur på 548 C løses den helt opp i flytende aluminium.Når dette er bråkjølt og kunstig eldet (forlenget oppbevaring ved 100 - 150C), oppnås en herdet legering.CuAl2, som ikke eldes, har ikke tid til å utfelles fra den faste løsningen av aluminium og kobber og er derfor i en ustabil posisjon (overmettet ved romtemperatur).Aldringsprosessen utfeller veldig fine partikler av CuAl2, som forårsaker styrking av legeringen.Denne prosessen kalles løsningsherding.

De andre legeringselementene som brukes er opptil 7 % magnesium, opptil 1,5 % mangan, opptil 13 % silisium, opptil 2 % nikkel, opptil 5 % sink og opptil 1,5 % jern.I tillegg til disse kan titan, krom og columbium også tilsettes i små prosentandeler.Sammensetningen av noen typiske aluminiumslegeringer som brukes i permanent støping og formstøping er gitt i tabell 2. 10 med deres anvendelser.De mekaniske egenskapene som forventes av disse materialene etter at disse er støpt ved bruk av permanente former eller trykkstøping er vist i tabell 2.1

2. Kobber

I likhet med aluminium, finner rent kobber også bred anvendelse på grunn av dets følgende egenskaper

• 1) Den elektriske ledningsevnen til rent kobber er høy (5,8 x 105 /ohm/cm) i sin reneste form.Enhver liten urenhet reduserer ledningsevnen drastisk.For eksempel reduserer 0,1 % fosfor ledningsevnen med 40 %.
• 2) Den har en veldig høy varmeledningsevne (0,92 cal/cm/C)
• 3) Det er et tungmetall (spesifikk vekt 8,93)
• 4) Det kan lett settes sammen ved hjelp av lodding
• 5) Den motstår korrosjon,
• 6) Den har en behagelig farge.

Rent kobber brukes til produksjon av elektriske ledninger, samleskinner, overføringskabler, kjøleskapsrør og rør.

De mekaniske egenskapene til kobber i sin reneste tilstand er ikke særlig gode.Den er myk og relativt svak.Det kan legeres lønnsomt for å forbedre de mekaniske egenskapene.De viktigste legeringselementene som brukes er sink, tinn, bly og fosfor.

Legeringene av kobber og sink kalles messing.Med et sinkinnhold på opptil 39 % danner kobber en enkeltfase (α-fase) struktur.Slike legeringer har høy duktilitet.Fargen på legeringen forblir rød opp til et sinkinnhold på 20 %, men utover det blir den gul.En annen strukturell komponent kalt β-fase vises mellom 39 til 46% av sink.Det er faktisk den intermetalliske forbindelsen CuZn som er ansvarlig for den økte hardheten.Styrken til messing øker ytterligere når små mengder mangan og nikkel tilsettes.

Legeringene av kobber med tinn kalles bronse.Hardheten og styrken til bronse øker med en fold i tinninnholdet.Duktiliteten reduseres også med økningen i tinnprosent over 5. Når aluminium også tilsettes (4 til 11%), kalles den resulterende legeringen aluminiumbronse, som har en betydelig høyere korrosjonsbestandighet.Bronse er relativt kostbart sammenlignet med messing på grunn av tilstedeværelsen av tinn som er et dyrt metall.

3. Andre ikke-jernholdige metaller

Sink

Sink brukes hovedsakelig i ingeniørfag på grunn av sin lave smeltetemperatur (419,4 C) og høyere korrosjonsbestandighet, som øker med renheten til sink.Korrosjonsmotstanden er forårsaket av dannelsen av et beskyttende oksidbelegg på overflaten.Hovedanvendelser av sink er i galvanisering for å beskytte stål mot korrosjon, i trykkeriindustrien og for støping.

Ulempene med sink er den sterke anisotropien som vises under deformerte forhold, mangel på dimensjonsstabilitet under aldringsforhold, en reduksjon i slagstyrke ved lavere temperaturer og mottakelighet for inter-granulær korrosjon.Den kan ikke brukes til bruk over en temperatur på 95.C fordi den vil føre til betydelig reduksjon i strekkfasthet og hardhet.

Dens utbredte bruk i støpegods er fordi den krever lavere trykk, noe som resulterer i høyere stanselevetid sammenlignet med andre støpelegeringer.Videre har den svært god bearbeidbarhet.Finishen oppnådd ved sinkpressing er ofte tilstrekkelig til å garantere ytterligere behandling, bortsett fra fjerning av blitsen som er tilstede i skilleplanet.

Magnesium

På grunn av deres lette vekt og gode mekaniske styrke, brukes magnesiumlegeringer i svært høye hastigheter.For samme stivhet krever magnesiumlegeringer bare 37,2 % av vekten av C25-stål og sparer dermed vekt.De to viktigste legeringselementene som brukes er aluminium og sink.Magnesiumlegeringer kan være sandstøpt, permanent formstøpt eller formstøpt.Egenskapene til sandstøpte magnesiumlegeringskomponenter er sammenlignbare med egenskapene til de permanente formstøpte eller formstøpte komponentene.Sprøytestøpelegeringene har generelt høyt kobberinnhold slik at de kan lages fra sekundære metaller for å redusere kostnadene.De brukes til å lage bilhjul, veivhus osv. Jo høyere innhold, desto høyere er den mekaniske styrken til magnesiumsmidde legeringer som valsede og smidde komponenter.Magnesiumlegeringer kan lett sveises ved de fleste tradisjonelle sveiseprosesser.En svært nyttig egenskap ved magnesiumlegeringer er deres høye maskinbearbeidbarhet.De krever bare omtrent 15 % av kraften for maskinering sammenlignet med lavkarbonstål.