Metais non férreos

Os materiais férreos úsanse extensamente na industria de enxeñaría debido á súa superioridade, gama de propiedades mecánicas e custos máis baixos. Aínda así, os materiais non férreos tamén se usan en varias aplicacións polas súas propiedades específicas en comparación coas ligas férreas a pesar do seu custo xeralmente elevado. As propiedades mecánicas desexadas pódense obter nestas aliaxes mediante o endurecemento do traballo, o endurecemento, etc., pero non mediante procesos normais de tratamento térmico empregados para as aliaxes ferrosas. Algúns dos principais materiais non férreos de interese son o aluminio, o cobre, o cinc e o magnesio

1. Aluminio

De todas as aliaxes non ferrosas, o aluminio e as súas aliaxes son as máis importantes polas súas excelentes propiedades. Algunhas das propiedades do aluminio puro para as que se emprega na industria de enxeñaría son:

1) Excelente condutividade térmica (0,53 cal / cm / C)
2) Excelente condutividade eléctrica (376 600 / ohm / cm)
3) Baixa densidade de masa (2,7 g / cm)
4) Punto de fusión baixo (658C)
5) Excelente resistencia á corrosión
6) Non é tóxico.
7) Ten unha das reflectencias máis altas (85 a 95%) e moi baixa emisividade (4 a 5%)
8) É moi suave e dúctil, polo que ten moi boas propiedades de fabricación.

Algunhas das aplicacións nas que normalmente se usa aluminio puro son en condutores eléctricos, materiais de radiadores, unidades de aire acondicionado, reflectores ópticos e de luz e follas e materiais de envasado. 

A pesar das aplicacións útiles anteriores, o aluminio puro non se usa moito debido aos seguintes problemas:

1) Ten baixa resistencia á tracción (65 MPa) e dureza (20 BHN)
2. É moi difícil soldar ou soldar.

As propiedades mecánicas do aluminio pódense mellorar substancialmente mediante aliaxes. Os principais elementos de aliaxe empregados son o cobre, manganeso, silicio, níquel e cinc.

O aluminio e o cobre forman o composto químico CuAl2. Por encima dunha temperatura de 548 C disólvese completamente en aluminio líquido. Cando se apaga e envellece artificialmente (manténdose prolongada entre 100 e 150 ° C), obtense unha aliaxe endurecida. O CuAl2, que non se envellece, non ten tempo para precipitar a partir da solución sólida de aluminio e cobre e, polo tanto, está nunha posición inestable (super-saturada a temperatura ambiente). O proceso de envellecemento precipita partículas moi finas de CuAl2, o que provoca o fortalecemento da aliaxe. Este proceso chámase endurecemento da solución.

Os outros elementos de aleación empregados son ata un 7% de magnesio, ata un 1,5% de manganeso, ata un 13% de silicio, ata un 2% de níquel, ata un 5% de cinc e ata un 1,5% de ferro. Ademais destes, tamén se poden engadir titanio, cromo e columbio en pequenas porcentaxes. A composición dalgunhas aliaxes de aluminio típicas empregadas na moldaxe permanente e fundición preséntase na táboa 2. 10 coas súas aplicacións. As propiedades mecánicas que se esperan destes materiais despois de fundilos empregando moldes permanentes ou fundición a presión móstranse na táboa 2.1

2. Cobre

Semellante ao aluminio, o cobre puro tamén ten unha ampla aplicación debido ás súas seguintes propiedades

1) A condutividade eléctrica do cobre puro é alta (5,8 x 105 / ohm / cm) na súa forma máis pura. Calquera pequena impureza fai caer drasticamente a condutividade. Por exemplo, o 0,1% de fósforo reduce a condutividade nun 40%.

2) Ten unha condutividade térmica moi alta (0. 92 cal / cm / C)

3) É un metal pesado (peso específico 8,93)

4) Pódese unir facilmente por soldadura

5) Resiste á corrosión,

6) Ten unha cor agradable.

O cobre puro úsase na fabricación de fíos eléctricos, barras de bus, cables de transmisión, tubos e tubaxes do frigorífico.

As propiedades mecánicas do cobre no seu estado máis puro non son moi boas. É suave e relativamente débil. Pódese aliar de forma rendible para mellorar as propiedades mecánicas. Os principais elementos de aliaxe empregados son o cinc, o estaño, o chumbo e o fósforo.

As aliaxes de cobre e cinc chámanse latón. Cun contido de cinc de ata o 39%, o cobre forma unha estrutura monofásica (fase α). Tales aliaxes teñen unha alta ductilidade. A cor da liga permanece vermella ata un contido de cinc do 20%, pero máis alá tórnase amarelo. Un segundo compoñente estrutural chamado fase β aparece entre o 39 e o 46% de cinc. En realidade é o composto intermetálico CuZn o responsable da maior dureza. A forza do latón aumenta aínda máis cando se engaden pequenas cantidades de manganeso e níquel.

As aliaxes de cobre con estaño chámanse bronces. A dureza e resistencia do bronce aumentan cun repregamento no contido de estaño. A ductilidade tamén se reduce co aumento da porcentaxe de estaño por encima de 5. Cando tamén se engade aluminio (4 a 11%), a aliaxe resultante denomínase bronce de aluminio, que ten unha resistencia á corrosión considerablemente maior. Os bronces son relativamente custosos en comparación cos latón debido á presenza de estaño que é un metal caro.

3. Outros metais non férreos

Zinc

O cinc úsase principalmente en enxeñaría debido á súa baixa temperatura de fusión (419,4 C) e á maior resistencia á corrosión, que aumenta coa pureza do cinc. A resistencia á corrosión é causada pola formación dun revestimento de óxido protector na superficie. As principais aplicacións do cinc están no galvanizado para protexer o aceiro da corrosión, na industria da impresión e na fundición a presión.

As desvantaxes do cinc son a forte anisotropía presentada en condicións deformadas, a falta de estabilidade dimensional en condicións de envellecemento, a redución da resistencia ao impacto a temperaturas máis baixas e a susceptibilidade á corrosión inter-granular. Non se pode empregar para un servizo superior a unha temperatura de 95.C porque provocará unha redución substancial da resistencia á tracción e da dureza.

O seu uso xeneralizado en pezas fundidas débese a que require unha presión máis baixa, o que resulta nunha vida de matriz máis alta en comparación con outras aliaxes de fundición. Ademais, ten moi boa maquinabilidade. O acabado obtido mediante fundición de cinc adoita ser adecuado para xustificar calquera outro procesamento, excepto para a eliminación do flash presente no plano de separación.

Magnesio

Polo seu peso lixeiro e boa resistencia mecánica, as aliaxes de magnesio úsanse a velocidades moi altas. Para a mesma rixidez, as aliaxes de magnesio requiren só o 37,2% do peso do aceiro C25 aforrando así o seu peso. Os dous principais elementos de aliaxe empregados son o aluminio e o cinc. As aliaxes de magnesio poden ser fundidas en area, moldes permanentes ou fundidos a presión. As propiedades dos compoñentes de aliaxe de magnesio fundidos en area son comparables ás dos compoñentes de molde permanente ou fundido a presión. As aliaxes de fundición a presión xeralmente alíanse cun alto contido de cobre para permitir a súa fabricación a partir de metais secundarios para reducir custos. Utilízanse para fabricar rodas de automóbiles, manivelas, etc. Canto maior sexa o contido, maior será a resistencia mecánica das aliaxes forxadas de magnesio como compoñentes laminados e forxados. As aliaxes de magnesio poden soldarse facilmente pola maioría dos procesos de soldadura tradicionais. Unha propiedade moi útil das aliaxes de magnesio é a súa alta mecanización. Só requiren aproximadamente un 15% de potencia para o mecanizado en comparación co aceiro baixo en carbono.