Сплавы металлов

Содержание

Сплавы металлов

Очень часто в ходе изучения химии, не обращая особого внимания на понятия, многие начинают считать слово «металл» и «сплав» за синонимы. На самом деле, это далеко не так! Все начинается с того, что металлом, вроде железа или алюминия, выделяют группу характерных химических элементов и компонентов. Сплавы же являются исключительно продуктом соединения нескольких металлов в один, ведь в чистом виде, металлы редко используются, даже на производстве чаще всего применяются полноценные сплавы. Это используется для получения определенных химических или физических свойств, потребуется узнать их состав сплава, содержание углерода для дальнейшего уменьшения стоимости конечной продукции и по некоторым другим необходимым требованиям при изготовлении деталей из сплава или другого материала.

что такое сплавы металлов

Что такое сплав?

Сплавом считается соединение нескольких металлов, как сплавы железа или алюминия, либо соединение одного металла, как железо, с несколькими другими неметаллическими добавками, элементами двух или более. В отличие от чистого металла, вроде железа в составе, сплавы составляют большую часть предметов из всего числа, созданных таким образом. Также иногда их именуют макроскопической однородной системой, которую получают при помощи основного метода плавления при изготовлении деталей из сплава чугуна или меди. Сплавы можно получить и без расплавления основного компонента — методами порошковой металлургии.

Первое появление сплавов из алюминия можно заметить еще в Древние времена, ведь люди еще много миллионов лет назад постепенно начали осваивать кузнечное дело и медные сплавы, детали вроде чугуна или бронзы, определяли их в уникальный класс, занимались изготовлением специальных машин для повышения изначальной низкой скорости переработки, придумывали новые названия для руды.

Вместе с этим, производились определенные основные эксперименты, в ходе которых создавались новые из двух или более элементов, которые известны человечеству, созданные при изготовлении из исходных порошковых видов железа, никеля, цинка, хрома и второго компонента, как свинец и др, по сей день, с помощью термической обработки.

Основным преимуществом сплавов (включающих в себя в составе следующих примерных компонентов: железо, хром или алюминий, цинк, никель, свинец) считается возможность легировать их для получения наиболее подходящих технологически свойств при изготовлении детали. Для этого потребуется использовать определенные металлы и станки. Сейчас известны все формулы и пропорции цинка, никеля и прочих, поэтому сплавы чугуна с нужными характеристиками при плавлении не вызывают особой сложности в изготовлении со сплавом чугуна, бронзы из железа, алюминия или углерода, цинка и никеля, прочих промышленных компонентов и детали, чтобы легировать их.

Свойства

Каждый металл и технология имеют определенные свойства, стойкость и состав при изготовлении. Разберем каждое из свойства сплавов чугуна, никеля и прочих, более подробно:

  1. Прочность. Показывает сопротивление металла к внешним нагрузкам, как кремний, литой кобальт, висмут.
  2. Упругость. Возможность восстановления первоначальной формы и размеров металла после прекращения воздействия бытовой нагрузки после плавления, даже спустя два раза, как кадмий.
  3. Пластичность. Характеристика, отвечающая за деформацию металла под воздействием внешних нагрузок.
  4. Твердость. Сопротивление металла при воздействии нагрузок, связанных с непосредственным соприкосновением.
  5. Вязкость. Определяется сопротивлением металла к разрушению, когда на него воздействуют при помощи низких температур.

Перечисленные выше свойства определяют важнейшие физические параметры структуры для каждого из легирующих свойства металлов без режущих качеств, ковка которых возможна (алюминий, бронза).

Признаки металлов

Помимо этого, существуют признаки металлов. Особенно выделяются следующие:

  1. Ковкость.
  2. Пластичность.
  3. Электропроводимость при изменении температуры.

Блеск также относят к признакам металла (примером является железо, латунь), но некоторые неметаллы также обладают этим свойством при изготовлении компонентов при плавлении.

Общая характеристика металлов

Как известно, основные металлы стали известны и доступны человечеству для обработки, начиная с Древнего мира. Уже тогда человечество при помощи разных способов легировать их и придумывать новые полезные варианты применения металлов в виде компонентов, вроде железа или алюминия, меди, углерода, олова. Сейчас каждый знает о том, что химические элементы можно легировать, их подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. Подобное разделение обладают общими характеристиками, в случае с металлами (железом, цинком, никелем), её стоит рассмотреть подробнее, перед тем, как легировать.

Одна из особенностей металлов в составе, вроде железа, заключается в обладании высокой тепло и электропроводимости, ковкости, пластичности и уникальном металлическом блеске. В случае с Периодической системой химических элементов, обратите внимание на разделительную линию, которая расположена от бора к астату. Слева от разделительной линии и до самого низа, идут металлы, с l подгруппы и вплоть до Vll подгруппы в этой таблице (обладают некоторые исключения).

общая характеристика металлов

Характеристика металлов

Внешний энергетический уровень у атомов металла подразумевает под собой от 1 до 3 электронов. В процессе вступления в химические реакции, валентные электроны атомов металлов передаются элементу, с которым происходит химическая реакция. Причина заключается в том, что атомы металлов обладают большим радиусом друг от друга, как содержание у железа.

Металлы (железо, алюминий, олово) характерны своими восстановительными свойствами, которые проявляются в химических реакциях. Кроме того, в них они всегда имеют положительную степень окисления! Между заряженными частицами металлов образуется особая химическая связь – металлическая. Она представляет собой кристаллическую решетку из простых веществ металлов, содержание такой связи – это важный фактор.

В узлах такой кристаллической решетки находятся заряженные ионы металлов (железо, алюминий), а между ними будут передвигаться свободные электроны. Непрерывное движение электронов приводит к столкновению с ионами металлов, после чего они превращаются в нейтральные атомы и в дальнейшем, вновь преобразуются в ионы. Такая связь свободных электронов с ионами металлов в составе называется металлической связью, как содержание у железа.

Применение

применение сплавов

Сплавы повсеместно применяются для самой разной деятельности. Разберемся подробнее, где и в каких случаях применяют те или иные сплавы.

Использование сплавов для создания конструкционных материалов

Машиностроение и строительство – это два наиболее самых частых примера применения строительных материалов, которые приходят в голову, когда требуется привести примеры использования сплавов чугуна в реальной жизни в виде материала содержание углерода. Это может быть сталь, чугун и некоторые другие сплавы из меди и углерода, используемые в дальнейшем в качестве материала, каждый из которых повышает надежность постройки и обладает важными чертами.

Помимо этого, будучи относительно легким металлом, алюминий применяется в конструкциях в качестве материала, на основе меди и углерода, которые должны отличаться своей легкостью. Из алюминия в качестве материала делают сплавы: силумин или дюралюминий, которые в дальнейшем, активно используются при постройке кораблей, самолетов и вагонов поездов в виде материала обладают нужными требованиями, содержание для изделий. Для постройки самолетов также применяются материалы из сплава магния и углерода для изделий. Причиной тому являются физические свойства таких сплавов: легкость и устойчивость к высоким температурам, но сталь или чугун из-за состава не обладает этими параметрами для различных изделий производства.

Основой ракетостроения считается титан и углерод, из которых изготавливают термостойкие и относительно легкие сплавы в составе. Чтобы добавить сплавам некоторые свойства, используют «специальные добавки». Так, например, при добавлении материала марганца в сплав, сталь становится более ударопрочной, чтобы сделать сплав нержавеющим, потребуется добавить в сталь материал хром или чугун, олова. Грамотно используя знания о сплавах и добавках в стали и прочих, создаются самые прочные конструкции из стали, чугуна и олова, металлические сплавы которых заранее подготовлены к самым разным условиям и ситуациям.

Читать статью  Что такое титан?

Сплавы для инструментов

Специальные сплавы, изготавливаемые для переработки в инструменты, вроде стали, часто именуют инструментальными. Они прекрасно адаптированы под определенные условия работы с этими инструментами в составе из олова.

Подобные сплавы должны быть прочными, износостойкими, как сталь или олово. При определенных ситуациях, сплав, например, из стали, должен выдерживать разогревание до высоких температур без потери качества стали или олова. Это делается для закалки температурой инструментов из стали.

Чтобы придать какие-либо свойства, в материалах заранее используется ванадий, хром или вольфрам, олово в качестве добавок к сплаву стали или другому сплаву.

Сплавы в приборостроении, электронике и промышленности

В электропромышленности материал сплава меди является практически незаменимым, все из-за низкой стоимости и качествам материала, который прекрасно подходят для изоляции и многих других функций материалов. Запорные краны в некоторых приборах изготавливаются из материала латуни, которая отлично держит воду или газ, не позволяя пройти ей, когда запорный кран из сплава стали находится в закрытом положении.

Где применяют легкоплавкие сплавы

Отдельно выделяют в виде материала легкоплавкие сплавы, которые активно используются в пайке микросхем. Такие сплавы имеют наиболее подходящие параметры теплопроводности, химической инертности и прочности на разрыв, плотности материала, поэтому сталь не подходит.

Получившиеся сплавы активно применяют при изготовлении пожарных сигнализаций, термодатчиков, термометров, иногда в медицине для фиксации костей и даже в протезировании. Сплавы применяют качестве теплоносителя для охлаждения ядерных реакторов, например, активно используется сплав натрия с калием, сталь не используется

Как используют сплавы в ювелирном деле

Использовать чистый металл даже в ювелирном деле – это неоправданно и весьма дорого, поэтому применяются сплавы. Для повышения прочности и износостойкости, требуется сплавить золото и подходящий металл, вроде меди или серебра.

Температура плавления в сплаве серебра и золота понижается, а сочетание меди и золота в сплаве повысит твердость изделия. Использование по-настоящему чистого золота – это достаточно непростая задача, а не в виде сплава, ведь будучи совершенно чистым металлом, золото мягкое, в отличие от его сплава. Это приводит к деформации, большому количеству царапин и многим другим проблемам, которые решаются при помощи сплава, сталь почти не используется.

Применение сплавов в сфере искусства

Художественное литье, чаще всего, производится при помощи бронзы. Это же касается «оловянной бронзы», такое слово относится к сплаву меди и олова. В отличие от чистой меди, основа сплава оловянной бронзы гораздо более прочная, износостойкая и более легкоплавкая.

Существует отдельное направление в искусстве, которое направлено на художественные изделия из чугуна. Это не самая простая задача, но качество получаемых изделий всегда выше, чем у кованых аналогов, вроде стали или с примесью стали.

В некоторых городах изделия из чугуна создают уникальную атмосферу, украшая мосты чугунными лестницами, разнообразными скульптурами и многими другими изделиями, которые ежедневно можно повстречать на улицах большинства крупных городов.

Классификация

классификация сплавов металлов

Присутствует достаточно широкая классификация, с основой которой потребуется ознакомиться подробнее.

Черные металлы

Делятся на несколько подгрупп, которые имеют разные свойства и специфику.

Железные металлы

Основой считаются Mn, Co и Ni. Их добавляют к ферруму, чтобы создать сплав под названием сталь. Далее готовый продукт – сплав, активно используется в производстве.

Урановые металлы

Имеют узкопрофильное применение, но имеют высокую важность, основу в своей отрасли по причине радиоактивности.

Редкоземельные

Среди них особенно выделяются Pr, La и Nd. С помощью редкоземельных металлов получаются поистине уникальные вещи, например, стекло, которое не пропускает ультрафиолетовые лучи!

Щелочноземельные металлы

Всегда твердые металлы при комнатной температуре, обладают серой окраской. К ним относятся радий, бериллий, кальций и магний. В чистом виде применяются только в атомной энергетике, в остальное время, могут являться частью каких-либо сплавов.

Тугоплавкие металлы

Имеют более высокую температуру плавления, если сравнивать с железом. В категорию тугоплавких металлов входят рений, вольфрам, ниобий и молибден.

Цветные металлы

Заметно дороже черных металлов, применяются повсеместно, крайне востребованные. Их активно используют для производства электроники, включая смартфоны, для строительства домов и при изготовлении автомобилей. Могут использоваться при изготовлении уголков, балок, арматур и прочих элементов. Цветные металлы разделены на три основных группы с разной температурой плавления.

Легкие металлы

Широкая сфера применения, легкоплавкие. К этой группе относится Mg, Al, Ti. Обладают небольшой массой, устойчивые к коррозии. Mg чаще всего используется для производства автомобилей и фотоаппаратов. Высокая прочность и средняя масса титана обеспечивают отличные показатели, поэтому титан является настоящей основой для большинства космических ракет, используется в сплаве с другими компонентами.

Благородные металлы

Сложны в добыче, довольно редкие в природе. К ним относят Ag, Pt и Au. Эта группа содержит особое применение в ювелирном производстве в виде сплавов, из них создают потрясающие украшения, существуют разные вариации сплавов, изготавливаемых под разной температурой.

Тяжелые металлы

Эта категория знаменита из-за латуни, бронзы и меди. В случае с медью, этот металл прекрасно содержит и проводит электрический ток, по этой причине активно используется в электронике. Бронза не боится механических повреждений, устойчива к различным погодным условиям, поэтому из этого металла делают памятники. Основу многих металлических элементов, включая проволоки и подшипники, изготавливают из латуни.

Основные виды сплавов

На самом деле, существует много разнообразных сплавов, многие из которых не имеют смысла по разным причинам (стоимость, содержат малую эффективность), поэтому рассмотрим наиболее частые варианты.

Сталь

Широко распространена по всему миру, основа состоит из ферума и углерода. Существуют разновидности стали, они содержат феррум и другие различные элементы, включая углерод в процентном соотношении из-за характеристик.

Чугун

Это еще один сплав углерода и ферума. Многие предметы, включая уличный интерьер, состоит из чугуна. При наличии правильной схемы основы, чугун показывает прекрасные механические свойства.

Медь

Основой таких сплавов являются латуни, содержащие в себе от 3 до 50 процентов цинка включительно. Существуют разновидности, например, сплав с содержанием от 5 до 20 процентов цинка – красный, от 20 процентов и более, он становится желтым. Элемент податлив, легко обрабатывается. Также содержат различные сплавы меди и станнума, а также некоторых других элементов, создают собственный вид бронзы.

основные виды сплавов

Легкие сплавы

Подойдут практически для любых условий эксплуатации, ведь сплавы такого типа превосходно выдерживают испытание высокими температурами и внешним воздействием с применением силы. В целом, легкие сплавы – это важная часть во многих сферах жизни вкупе с углеродом, без них производства различной техники, включая космических кораблей, было бы серьезно затруднено.

Свинцовые сплавы

Состоящие из 1 части свинца и 2 частей олова, такие сплавы относят к припоям или третникам. Сплав свинца и сурьмы используют для пластин аккумуляторов, оболочек телефонных кабелей. Ранее из пьютера делали столовые приборы. В этом сплаве содержалось до 85-90% олова, остаток – свинец. Помимо этого, свинец часто используют в сплавах для прочных и надежных подшипников разного типа.

Магниевые сплавы

Легкость и высокая удельная прочность обеспечивают значительную популярность магниевых сплавов. Такие сплавы легко обрабатываются резанием, имеют потрясающие литейные свойства. Именно сплавы из магния становятся основой для многих движущихся элементов автомобилей и прочих элементов, которые подвержены высокой вибрации во время работы.

Некоторые сплавы Mg активно применяются для болтов, заклепок, твердой пайки. Коррозийная устойчивость довольно низкая по отношению к пресной и соленой воде, кислотам, но в обычных условиях эксплуатации, на воздухе коррозийной устойчивости таких сплавов достаточно.

С целью дополнительной защиты, сплавы из магния подвергаются дихроматной обработке, анодированию или хромовому травлению. Из-за высокой активности магния, как металла, требуется предотвратить возможное возгорание стружки или любых других свариваемых деталей.

Алюминиевые сплавы

Самозакаливающаяся группа с повышенной прочностью, которая отлично справляется с внешним воздействием. В большинстве случаев, негативно реагируют на изменение t°. При повышении температуры, свойства Al заметно ухудшаются, особенно, когда температурная отметка превышает границу в 175 градусов. Однако взамен, сплавы Al, благодаря оксидной пленке, отлично защищены и могут применяться даже в агрессивных условиях среды.

Читать статью  Легкие конструкции из металла, отличие ЛСТК от ЛМК

Сплавы из алюминия проводят тепло и электричество на хорошем уровне, немагнитны, полностью безвредные даже в контакте с пищевыми продуктами из-за отсутствия вкуса, токсичности. Взрывобезопасность (по причине отсутствия искр), высокая отражательная способность и возможность поглощать ударные нагрузки, делают этот металл одним из самых эффективных и распространенных в пищевой, автомобильной, осветительной промышленности. Сплавы из алюминия используются повсеместно, включая автомобилестроение и самолеты, некоторые виды вагонов.

Титановые сплавы

Модуль упругости, предел прочности и плотность у изделий из титана гораздо выше, в сравнении с магниевыми или алюминиевыми сплавами. Низкое содержание N, O и C в сплаве титана, гарантирует высокую пластичность. Особенность выделяется низкий износ и истирание, высокая усталостная прочность, даже по сравнению с магниевыми сплавами.

Сплавы из титана устойчивы к растворам солей, действию гидроксидов, а также азотной и некоторых прочих кислот. Исключением являются серная, ортофосфорная и галогеноводородная кислоты.

Сплавы из титана поддаются электродуговой сварке, а также точечной или роликовой сварке. Плавка производится в довольно строгих условиях, конкретно в вакууме или в контролируемой среде, чтобы избежать загрязнения сплава примесями кислорода, азота. Они делают получившийся сплав гораздо более хрупким и менее прочным.

Основное применение сплавы из титана нашли в авиационной и космической промышленности, благодаря прочности, устойчивости к температурам и относительной легкости. Некоторые особо прочные сплавы из титана используются в качестве легкой брони для некоторых боевых самолетов, реактивных двигателей и даже для полноценных корпусов летательных аппаратов.

Бериллиевые(Be) сплавы

Получение пластичного бериллиевого сплава происходит при помощи особого процесса добавления серебра. Удельная прочность бериллиевых сплавов превосходит практически все известные металлы. Бериллий отлично подходит для электрических контактов и пружин по причине большого модуля упругости. Бериллий в чистом виде применяют в ядерных реакторах в качестве отражателя и замедлителя нейтронов. Сплавы бериллия, благодаря оксидной пленке, устойчивы к высоким температурам. Основным недостатков бериллия считается токсичность, которая вызывает дерматит, трудности дыхания с дальнейшими осложнениями и болезнями органов дыхания.

Свойства сплавов

Все сплавы имеют собственные уникальные свойства, которые передаются им от металлов и некоторых добавочных компонентов, используемых в процессе плавки стали и прочих.

свойства сплавов

Физические свойства

Всего выделяют 4 основных видов свойств: физические, химические, технологические, а также механические свойства. Физическими свойствами называют те, которые можно определить без воздействия силы на металл или сплав. К ним относится температура плавления, расширение при нагревании, плотность, намагничивание, электропроводность и теплопроводность.

Химические свойства

Способность сплавов и металлов к сопротивлению окислению или вступлению в реакции с веществами, называют химическими свойствами. Они имеют высокую важность. Среди основных химических свойств, особенно выделяются следующие параметры: щелочестойкость, жароустойчивость, кислотостойкость и коррозионная устойчивость.

Механические свойства

В отличие от физических свойств, механическими называют те свойства, которые определяются под воздействием силы. К ним особенно относятся: ударная вязкость, жаростойкость, прочность, пластичность, твердость, упругость металлов. Проверка каждого из физических свойств происходит посредством специализированных для этого опытов.

Технологические свойства и пробы

Способность материала подвергаться разнообразным способам холодной или горячей обработке, называют технологическими свойствами. Это может быть свариваемость, ковкость, износостойкость, заполняемость форм и обрабатываемость.

Технологические пробы относят к процессам испытаний материала, целью каждого испытания всегда является проверка и выявления пригодности металла к какой-либо обработке, всегда такие пробы разнообразные, они служат для выявления и получения сравнительной оценки металла.

Получение металлов и сплавов

Процесс получения металлов и сплавов достаточно интересен, ведь изначально, до сплава, металлы проводят немалый пусть, начиная с самой добычи такого металла.

получение металлов и сплавов

Добывание металла из руд

Подавляющее большинство металлов, встречающихся в природе, находятся в соединении с другими элементами. В этом есть исключения, например, золото и платина, иногда серебро и медь. Те металлы, которые находятся в свободном состоянии от других элементов, считают самородными.

Для добычи металлов используется химическая переработка их природных соединений, которая помогает отделить металлы от других элементов. Добыча золота и платины совсем другая, для них используют способы с промывкой водой или с помощью специально созданных для этого реагентов.

Горные породы и минералы, которые содержат в себе соединения металлов, пригодные для получения этих самых металлов, называются рудой. В руде содержатся сульфиды, карбонаты металлов и оксиды. Получение металлов из руды происходит посредством металлургических процессов.

Одним из способов получения металлов из руд заключается в восстановлении их оксидов при помощи CO2 или угля. Существуют пирометаллургические и гидрометаллургические методы. Оба способа извлечения металлов из руды значительно отличаются и применяются, в зависимости от ситуации и задачи, условий извлечения.

Как металлы достигают высокой чистоты?

В некоторых случаях требуется применение исключительно подобных металлов, например, для работы с ядерными реакторами. Малейшая доля, примесь другого вещества, может вызвать серьезную проблему. Так, например, активно используется чистый цирконий, который намеренно отделяют от частиц гафния для стабильной работы с процессами в ядерном реакторе.

Перегонка в вакууме

Различие между летучестью очищаемого вещества и имеющихся в нем примесей – это основа метода перегонки в вакууме. Сначала искомый металл загружают в специальный сосуд (нижняя часть сосуда нагревается), который заранее соединен с вакуум-насосом. В процессе такой перегонки на стенках сосуда будут осаждаться примеси, либо чистый металл, в зависимости от летучести очищаемых элементов.

Профили металлов и металлосырье

профили металлов и металлосырье

Наиболее распространены элементарные профили металлов в виде листов, труб, прокат, проволоки и стержней. В таком случае:

  1. Листовой металл. Бывает двух видов: толстолистовой или тонколистовой. Края листового металла обрабатываются при помощи специального струга.
  2. Трубы. Они бывают бесшовными (которые также называют цельнотянутыми) или сварными (сделанными внахлестку). Цельнотянутые трубы также используют для создания газовых или паровых труб. Для обрезки жестяных труб подойдет даже консервный нож! Чугунные трубы применяются в водо-канализационных каналах.
  3. Проволока. Может иметь один из трех видов сечения: круглое, прямоугольное или квадратное. Поверхность такой проволоки может быть луженной, омедненной, неизолированной или оцинкованной. Проволока может быть упругой или мягкой.
  4. Стержни. Всего выделяют 4 вида сечений для стержней: плоское, квадратное, шестигранное или круглое сечение.

Процесс изготовления легких сплавов достаточно интересный, но в этом деле есть нюанс. Самым главным фактором, который нельзя допускать, считается перегрев металла, который может привести к серьезной неудаче в виде некачественной продукции.

Коррозия металлов

Металлические материалы в виде металлов и сплавов на их основе, в процессе соприкосновения с жидкой или газообразной средой, подвергаются разрушению с разной скоростью. Причиной такому явлению является химическое взаимодействие, проявляемое в окислительно-восстановительной реакции, в которую металлические материалы вступают с веществами, находящимися в окружающей среде и окисляются.

Процесс самопроизвольного разрушения металлических веществ, которое происходит из-за химического воздействия окружающей среды на металлические вещества, называется коррозией. Результат этот процесса видел практически каждый в своей жизни на примере ржавчины, покрывающей металлические конструкции.

коррозия металлов

В мировом хозяйстве присутствует огромное количество металла и конструкций, изготовленных на основе металлических веществ. Скорость распространения коррозии достаточно низкая, однако ежегодно, из-за коррозии огромное количество металла безвозвратно теряется.

Для защиты от газовой коррозии, используют насыщение в горячем состоянии всей поверхности изделия при помощи некоторых металлов, которые обладают защитными свойствами, а именно, при помощи алюминия и хрома. Они образуют очень тонкий, но крайне прочный защитный слой, который препятствуют воздействию окружающей среды на металл. Когда применяют алюминий, процесс называется алитированием, а для хрома – термохромированием.

Скорость коррозии может являться важным фактором, если она не низкая. Она напрямую зависит от природы металла и окислителя, его содержания, наличия примесей, которые содержатся не только в металле, но и в окружающей среде: растворе или атмосфере скорость не низкая.

Ответы на популярные вопросы

По тематике металлов и сплавов, присутствует слишком много вопросов, которые могут возникнуть в ходе изучения темы. По этой причине, были выделены основные вопросы, которые задаются чаще всего, чтобы дать на них быстрый и понятный ответ.

Что такое механическая смесь?

Механической смесью называют сплав, который образуется в случае, когда все компоненты не способны взаимно растворяться в твердом состоянии и не могут образовать соединение.

Читать статью  Производство цветных металлов и сплавов

Для формирования механической смеси чаще всего используют два элемента, оба их которых твердые растворы, либо с одним ограниченным твердым раствором.

Что такое химическое соединение?

Химическое соединение – это объединение элементов в более сложную систему. В химической связи наблюдается важное физическое взаимодействие, называемое электромагнитным.

Что такое твердый раствор?

Это твердые единородные вещества в составе которых присутствует несколько компонентов. Уникальность заключается в наличии всего 1 кристалл. фазы и необычной гомогенной области. Её необычность заключается отсутствии появления новых фаз на протяжении всех изменений. Все элементы такого типа раствора могут иметь самый разнообразный состав, что позволяет изменять его, добавляя новые компоненты или убирая лишние, которые вносят ненужные коррективы. Поэтому на всех стадиях формирования подобного «раствора», результат может быть совершенно разным!

Сплавы металлов

Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла.

Классификация однородности сплавов

В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси. Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

Классификация

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

Виды сплавов по их основе

  1. метод изготовления:
    • литые;
    • порошковые;
  2. технология производства:
    • литейные;
    • деформируемые;
    • порошковые;
  3. однородность структуры:
    • гомогенные;
    • гетерогенные;

  4. вид металла – основы:
    • черные (железо);
    • цветные (цветные металлы);
    • редких металлов (радиоактивные элементы);
  5. количество компонентов:
    • двойные;
    • тройные;
    • и так далее;
  6. физико-химические свойства:
    • тугоплавкие;
    • легкоплавкие;
    • высокопрочные;
    • жаропрочные;
    • твердые;
    • антифрикционные;
    • коррозионностойкие и др.;
  7. предназначение:
    • конструкционные;
    • инструментальные;
    • специальные.

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики. https://youtu.be/TOXYAJ9b5Us Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Механические свойства

  1. Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
    • плотность;
    • температура плавления;
    • тепловые и упругие характеристики;
    • коэффициент термического расширения;
  2. структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
  3. Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
    • блеск;
    • пластичность;
    • теплопроводность;
    • электропроводность.
  4. Кроме того, свойства подразделяют на:
    • Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
    • Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.

  5. Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
    • Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
    • Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
    • Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
    • Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
    • Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты. Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор. Легированная стальЕсли содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна. Чугунные радиаторыВещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности. Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении. Желтая латуньЕсли вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали. Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титановые сплавы

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Область применения титановых сплавов

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его. Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

      • аэрокосмическая;
      • химическая;
      • атомная;
      • криогенная;
      • судостроительная;
      • протезирование.

    Алюминиевые сплавы

    Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

    Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

    Алюминиевые сплавы подразделяют на:

        • Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
        • Для литья под давлением (с марганцем).
        • Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

      Основные преимущества соединений алюминия:

          • Доступность.
          • Малый удельный вес.
          • Долговечность.
          • Устойчивость к холоду.
          • Хорошая обрабатываемость.
          • Электропроводность.

        Слитки из алюминиевых сплавов

        Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств. Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники. Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов. Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром. Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

        Медные сплавы

        Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой. Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

        Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

        Твердые сплавы

        Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 °С. В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

        Основными сферами применения являются:

            • Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
            • Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
            • Штампы, матрицы и пуансоны.
            • Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
            • Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
            • Детали и узлы атомных и химических реакторов.
            • Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.

          Области применения твердых сплавов

          Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

          Источник https://inoxtrade.ru/info/blog/splavy-metallov/

          Источник https://sterbrust.tech/spravochnik/materialovedenie/splavy-metallov.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *