Caracteristici ale forjarii metalelor neferoase. Cuprul și aliajele Este cuprul ductil

Unul dintre primele metale utilizate în forjare. În epoca bronzului, omul a stăpânit arta de a face arme și unelte din cupru moale și ductil, iar până astăzi acest metal continuă să fie utilizat pe scară largă în forjarea artistică.

Există o explicație pentru aceasta: cuprul prezintă o activitate chimică scăzută atunci când interacționează cu alte elemente chimice. Aceasta înseamnă că cuprul este excelent pentru crearea compozițiilor metalice atât pentru exterior, cât și pentru interior, deoarece demonstrează cea mai mare rezistență la coroziune atunci când este expus la factori de mediu negativi.

Desigur, nu tuturor le va plăcea aspectul stratului exterior protector al suprafeței de cupru, dar patina verde face o treabă grozavă de a proteja cuprul de coroziune. Adevărat, patina, care este carbonat de cupru, dăunează semnificativ sănătății umane, așa că compozițiile de cupru trebuie acoperite cu vopsea de protecție pentru a preveni formarea unei pelicule verzi.

Inițial, produsul de cupru are o culoare roșu-aurie strălucitoare, apoi capătă nuanțe maro și negru, iar după 20 de ani devine verde bogat. Patina poate acoperi o suprafață metalică și mai devreme, mai ales dacă metalul este expus constant la umezeală.

Proprietățile cuprului
Maleabilitatea și ductilitatea cuprului este foarte mare - poate fi forjat în aproape orice formă, chiar și geometrică cu îndoituri complexe.

Cuprul are o conductivitate termică bună, iar caracteristicile sale fizice și mecanice depind direct de calitatea prelucrării sale. Așa-numitul cupru blister este obținut din minereu, care nu este potrivit pentru scopuri de forjare. În primul rând, metalul trebuie să treacă printr-o etapă de rafinare la foc, în urma căreia o cantitate mai mare de impurități (de exemplu, bismut și plumb) este arsă. Pentru a elibera complet aliajul de cupru de incluziuni, se folosește rafinarea electrolitică. Din acest cupru se trag apoi sârmă, foi de cupru, lingouri etc.

În forjarea artistică, cuprul pur este rar utilizat - i se adaugă un aliaj, care în anumite concentrații poate conferi anumite proprietăți fizice aliajului. Unele aliaje de cupru și-au primit chiar propriul nume, cum ar fi alama și bronzul.

În cele mai multe cazuri, aliajul este adăugat pentru a da cuprului moale și ușor deformat cel puțin puțină duritate. Cuprul pur nu este potrivit pentru turnare și forjare - apar bule neplăcute.

După turnare, produsul din cupru este deseori gravat și, de asemenea, emailat folosind metodele de guje și deflectoare.

Metalul neferos nu conține fier sau conține o proporție mică din acesta. Aceste materii prime sunt folosite de cei mai buni fierari pentru a produce elemente decorative și funcționale originale. Lucrul cu compuși este o adevărată artă care necesită instrumente speciale, cunoștințe și experiență. Pentru producția de decorațiuni interioare forjate se folosesc fier vechi (aliaje de alamă și bronz, aluminiu și cupru, platină, argint și aur). Forjarea unor astfel de metale este dificilă deoarece compozițiile lor sunt foarte conductoare. Materialul este încălzit și prelucrat cu gaz.

Caracteristici ale forjarii bronzului

Bronzul este folosit pentru a face obiecte extrem de artistice; cu el pot lucra meșteri experimentați, cu un gust extraordinar. Metalul cu impurități de siliciu este folosit pentru lucru. Aliajul de fier, aluminiu și cupru este, de asemenea, utilizat pentru laminare la cald și turnare. Când este încălzită, compoziția își va schimba culoarea de la galben la portocaliu, așa că este important să nu o supraîncălziți. Fierarul, cunoscând caracteristicile aliajului, va aduce masa la temperatura dorită și abia după aceea va începe prelucrarea acesteia.

Metalul finit este destul de rigid și greu de lucrat (practic nu se îndoaie sau nu se îndreaptă). Dar marginile produsului forjat rămân puternice și puternice, așa că le puteți folosi pentru a face spirale subțiri și bucle care vor fi uniforme și netede.

Caracteristicile forjarii cuprului

Cupru este foarte ușor de lucrat, deoarece metalul are o gamă largă de temperaturi de funcționare. Folosind resturi și deșeuri de metale neferoase pentru lucru, maestrul poate face piese mari. Cuprul este un metal maleabil, deci este potrivit pentru ștanțare și îndoire. Nu este nevoie să o recoaceți în prealabil, deoarece nu are întărire.

Cuprul trebuie încălzit până devine roșu. Chiar dacă utilizați o piesă mare, nu va fi necesară încălzire suplimentară. Un amestec de gaze este utilizat pentru a suda elemente individuale în timpul forjarii.

Caracteristici ale forjarii aluminiului

Materialul durabil și puternic, ușor și de încredere este utilizat în diverse industrii. Aliajul este popular în industria aviației și spațială. Aluminiul face posibilă obținerea de elemente ușoare și puternice pentru părți de aeronave și nave spațiale, stații și sateliți. Compoziția este, de asemenea, utilizată în producția de produse forjate.

Încălzirea se realizează în cuptoare speciale închise alimentate cu energie electrică. Aluminiul durează mai mult să se încălzească decât oțelul. Înainte de a lucra cu aluminiu încălzit, fierarul trebuie să-și încălzească și uneltele (până la 200–250 de grade). Pentru a simplifica procesul de lucru, se folosesc fier vechi, lingouri mici sau semifabricate dreptunghiulare.

Aluminiul se lipește de matriță, așa că ar trebui să lustruiți bine suprafața înainte de a lucra cu ea.

Caracteristici ale forjarii alama

Metalul este folosit pentru a face diverse elemente și decor cu pereți subțiri. Alama este puternică și nu se corodează, dar produsele fabricate din ea sunt inflexibile. Pentru fabricarea produselor forjate se folosesc diferite grade de metal. Deseori se folosește o compoziție cu conținut ridicat de cupru, caz în care meșterii vor putea obține un material flexibil și flexibil. În fierărie, clasele speciale de alamă sunt utilizate cu adăugarea diferitelor componente de aliaj.

Caracteristicile forjarii argintului

Din cele mai vechi timpuri, argintul a fost folosit de fierari pentru a face obiecte de uz casnic forjate rafinate. În mâini pricepute, argintul devine o podoabă decorativă. Pentru a lucra cu metal se folosesc instrumente speciale. Înainte de procesare, se încălzește foarte mult. Fierarii folosesc adesea argint pentru a face lingouri și bare mici, folii și elemente cu pereți subțiri.

Fundamente > Materiale electrice > Materiale conductoare

CUPRU
Cuprul pur ocupă locul următor în conductivitate electrică, după argint, care are cea mai mare conductivitate dintre toți conductorii cunoscuți. Conductivitatea ridicată și rezistența la coroziune atmosferică, combinate cu o ductilitate ridicată, fac din cuprul principalul material pentru fire.
În aer, firele de cupru se oxidează lent, devenind acoperite cu un strat subțire de oxid C u O, împiedicând oxidarea ulterioară a cuprului. Coroziunea cuprului este cauzată de dioxidul de sulf S0 2, hidrogen sulfurat H2S, amoniac NH3 , oxid nitric NO, vapori de acid azotic și alți reactivi.
Cuprul conducător se obține din lingouri prin purificare galvanică în băi electrolitice. Impuritățile, chiar și în cantități nesemnificative, reduc drastic conductivitatea electrică a cuprului (Fig. 8-1), făcându-l nepotrivit pentru conductorii de curent, prin urmare, numai două grade de cupru sunt utilizate ca cupru electric (M0 și M1) conform GOST 859. -66, a cărui compoziție chimică este dată în tabel. 8-1.
În tabel 8-1 nu indică cuprul fără oxigen de gradul M00 (99,99% Cu), fără oxigen și oxizi de cupru, care diferă de gradele de cupru M0 și M1 într-o cantitate mai mică de impurități și o ductilitate semnificativ mai mare, permițându-i să fie atras în firele cele mai subțiri. În ceea ce privește conductivitatea, cuprul M00 nu diferă de cuprul M0 și M1. Cuprul de înaltă puritate este utilizat pe scară largă în tehnologia de vid electric.
Impurități Bi și P b în cantităţi mai mari decât cele indicate în tabel. 8-1 fac imposibilă laminarea la cald a cuprului. Sulful nu provoacă fragilitatea la cald a cuprului, dar crește fragilitatea acestuia la rece. Impuritățile în cantități mici de Ni, Ag, Zn și Sn nu afectează proprietățile tehnologice, crescând rezistența mecanică și rezistența termică a cuprului.
Oxigenul ca impuritate în doze mici, fără a complica semnificativ laminarea, crește ușor conductivitatea cuprului, deoarece alte impurități prezente în cupru sunt îndepărtate din soluția solidă ca urmare a oxidării, unde influențează cel mai puternic scăderea conductibilității cuprului. metal.
Un conținut crescut de oxigen reduce conductivitatea și face cuprul fragil atunci când este rece, astfel încât în ​​clasele electrice de cupru prezența oxigenului este limitată (Tabelul 8-1). Cuprul care conține oxigen este, de asemenea, susceptibil la boala hidrogenului. Într-o atmosferă reducătoare, oxidul cupros este redus la metal. În timpul reacțiilor care apar cu formarea vaporilor de apă, în cupru apar microfisuri.

Orez. 8-1. Influența impurităților asupra conductivității electrice a cuprului.

Tabelul 8-1 Compoziția chimică a cuprului conductorului (GOST 859-66)

Aproape toate produsele conductoare din cupru sunt fabricate prin laminare, presare și trefilare. Astfel, prin tragere pot fi produse fire cu diametrul de până la 0,005 mm, benzi cu grosimea de până la 0,1 mm și folie de cupru cu o grosime de până la 0,008 mm.
Cuprul conductor este utilizat atât în ​​formă recoaptă după prelucrare la rece (cupru moale de calitate MM), cât și fără recoacere (cupru dur de calitate MT).
În timpul formării la rece, rezistența cuprului ca urmare a compresiei (întăririi) crește, iar alungirea scade, cu toate acestea, temperaturile de funcționare pe termen lung ale cuprului întărit sunt limitate și variază până la 160-200 ° C, după care, datorită are loc procesul de recristalizare, înmuiere și o scădere bruscă a durității cuprului întărit. Cu cât este mai mare gradul de reducere în timpul lucrului la rece, cu atât sunt mai mici temperaturile de funcționare admise ale cuprului solid.
La temperaturi de tratament termic de peste 900 °C, datorită creșterii intense a boabelor, proprietățile mecanice ale cuprului se deteriorează brusc. Proprietățile fizice și tehnologice ale cuprului sunt date în tabel. 8-2.
Efectul temperaturii de recoacere asupra proprietăților mecanice și conductivității electrice a cuprului este prezentat în Fig. 8-2.
În scopuri electrice, cuprul este utilizat pentru a face sârmă, bandă și bare colectoare atât în ​​stare moale (recoace), cât și în stare tare.
Conform GOST 434-71 numărul de duritate Brinell de benzi solidecând se testează cu o bilă cu diametrul de 5 mm, o sarcină de 2500 N și un timp de menținere de 30 s.
În funcție de temperatura de funcționare, proprietățile mecanice ale cuprului sunt prezentate în Tabelul 8-3.
Pentru a crește rezistența la fluaj și stabilitatea termică, cuprul este aliat cu argint în intervalul 0,07-0,15%, precum și magneziu, cadmiu, crom, zirconiu și alte elemente.
În prezent, cuprul cu aditivi de argint este utilizat pentru înfășurarea mașinilor de mare viteză și rezistente la căldură de putere mai mare, iar cuprul aliat cu diverse elemente este utilizat în comutatoare și inele colectoare ale mașinilor cu încărcare puternică.

Tabelul 8-2 Proprietățile fizice și tehnologice ale cuprului

Orez. 8-2. Efectul temperaturii de recoacere asupra proprietăților cuprului.

Tabelul 8-3 Caracterul modificărilor proprietăților mecanice ale cuprului conductorului în funcție de temperatură

Putere. Rezistența este proprietatea solidelor care rezistă la distrugere, precum și la modificări ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este rezistența temporară, determinată la ruperea unei probe cilindrice care a fost recoacetă anterior. Pe baza rezistenței lor, metalele pot fi împărțite în următoarele grupuri:

fragil(rezistența temporară nu depășește 50 MPa) - staniu, plumb, bismut, precum și metale alcaline moi;

durabil(de la 50 la 500 MPa) - magneziu, aluminiu, cupru, fier, titan și alte metale care formează baza celor mai importante aliaje structurale;

putere mare(mai mult de 500 MPa) - molibden, wolfram, niobiu etc.

Conceptul de putere nu se aplică mercurului, deoarece este un lichid.

Rezistența la rupere a metalelor este indicată în tabelul 10.

Tabelul 10. Rezistența metalelor

Plastic. Plasticitatea este proprietatea solidelor de a reține o parte din deformarea lor atunci când sarcinile care le-au cauzat sunt îndepărtate. Ca indicator al ductilității, alungirea relativă este determinată selectiv prin aceleași încercări ca și rezistența la tracțiune.

În funcție de gradul de ductilitate, metalele sunt de obicei împărțite după cum urmează:

foarte plastic- (alungirea relativă depășește 40%) - metale care stau la baza majorității aliajelor structurale (aluminiu, cupru, fier, titan, plumb) și metale „ușoare” (sodiu, potasiu, rubidiu etc.);

plastic- (alungirea relativa variaza intre 3% si 40%) - magneziu, zinc, molibden, wolfram, bismut etc. (grupa cea mai extinsa);

fragil- (alungire relativă mai mică de 3%) - crom, mangan, colbat, antimoniu.

Purificarea ridicată a metalelor fragile crește ușor ductilitatea. Aliajele obținute din acestea sunt aproape imposibil de prelucrat sub presiune. Produsele industriale din acestea sunt adesea produse prin turnare. Alungirea relativă a metalelor este caracterizată în Tabelul 11.

Tabelul 11. Plasticitatea metalelor.

Duritate. Duritatea este o caracteristică a unui material care reflectă rezistența și ductilitatea acestuia, determinată prin indentarea unei bile (metoda Brinell) sau a unei prisme (metoda Vickers). O evaluare cantitativă a durității este numărul de duritate HB, egal cu raportul dintre sarcina (N) și aria suprafeței imprimării (mm 2). Valorile durității Brinell ale metalelor sunt date în tabelul 12.

Tabelul 12. Duritatea metalelor.

Modulul de elasticitate longitudinală. Modulul longitudinal de elasticitate, sau modulul lui Young, E determină lichidul metalului, adică. intensitatea creșterii tensiunii pe măsură ce elasticitatea deformației crește (Tabelul 13).

Tabelul 13. Modulul Young al metalelor la 20 o C.