Сплавы металлов их состав и применение. Виды металлов и сплавов. Стоматологические сплавы металлов классификация

Как вы уже знаете, у бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Значительно чаще применяются их сплавы. Известно немногим более 80 металлов, но из них получены десятки тысяч различных сплавов.

Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, из нее трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза - сплав Си + Бп имеет прекрасные литейные свойства: из нее отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун - сплав железа с углеродом - также великолепный литейный материал. Чистый алюминий - очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из А1, М£, Мп, Си, №, называемый дюралюминием, в четыре раза прочнее алюминия на разрыв.

Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь - материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с малым коэффициентом термического расширения.

Сплавы - это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых по крайней мере один - металл.

Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и соединения.

По состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, например сплавы меди и олова, золота и серебра, и неоднородными, представляющими собой механическую смесь металлов.

Сплавы классифицируются по-разному, в зависимости от того, какой признак взят за основу. Чаще всего сплавы подразделяют по составу : медные, алюминиевые, никелевые, титановые и т. д.

Есть группы сплавов, носящие общие названия: бронзы, латуни и др. Иногда в названии сплава отмечают особо ценные компоненты: бериллиевые бронзы, вольфрамовая сталь и др.

В металлургии железо и все его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы; остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы .

Подавляющее большинство железных (или черных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чутуны и стали.

Чугун - сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь - передельный чугун.

В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун (табл. 4).

Вид	Состав	Свойства	Применение
Серый чугун	Содержит 1,7-4,3% С, 1,25-4,0% и до 1,5% Мn. Из-за большого содержания кремния снижается растворимость углерода, поэтому углерод находится в свободном состоянии в виде графита	Сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Свободный углерод придает чугуну мягкость	Производство литых деталей (шестерни, колеса, трубы И т. д.)
Белый чугун	Содержит 1,7-4,3% С, более 4% Мn, но очень мало кремния. Углерод в основном содержится в виде цементита - карбида железа Fе3 С	Твердый и хрупкий материал. Эти свойства придает цементит, который обладает большой твердостью	Переработка в сталь

Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на два основных вида: углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также Мn, Si, Р и S гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (содержание углерода не превышает 0,3%), средней твердости (углерода несколько больше, чем в мягких) и твердые (углерода может быть до 2%). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой - различные инструменты.

Легированная сталь - это тоже сплав железа с углеродом , только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др.

Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии (ржавления). Они применяются в строительстве (например, облицовка колонн станции «Маяковская» московского метро выполнена из хромоникелевой стали), а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромо-молибденовые и хромованадиевые стали очень твердые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах. Они служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Некоторые легированные стали представлены в таблице 5.

Свойства некоторых легированных сталей и их применение

Марганец	Твердость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению	Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов
Титан	Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость	В самолето-, ракето- и судостроении. Химическая аппаратура
Вольфрам	Твердость и жаропрочность, износоустойчивость	Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп
Молибден	Эластичность, жаростойкость, коррозионная стойкость	Лопасти турбин реактивных самолетов и автомобилей, броневые плиты, лабораторная посуда, детали электронных ламп
Кремний	Устойчивость к воздействию кислот	Трансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборы
Ванадий	Высокая прочность, упругость и устойчивость к ударам

1. Сплавы и их классификация.

2. Черные металлы: чугуны и стали.

3. Цветные металлы: бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий.

Какой период в истории человечества называют «бронзовым веком»? Почему?

Какое количество вещества меди и никеля нужно взять для производства 25 кг мельхиора?

Что объединяет два выражения: «легирующие элементы стали» и «привилегированное положение в обществе»?

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

В настоящее время находят практическое применение почти все металлы или в чистом виде, или в виде сплавов друг с другом. Это применение целиком определяется теми или иными свойствами металлов и их сплавов. Ниже приводится краткий перечень металлов и их сплавов, которые находят наиболее широкое применение или обладают особо ценными свойствами. Наиболее широко применяется железо и алюминий, а также их сплавы (см. часть IX и часть X).
Медь. Чистая медь благодаря большой электропроводности, уступающей только серебру, широко применяется для изготовления электрических проводов и радиотехнической аппаратуры. Тонкие провода изготовляются из бес кислородной меди (кислорода не более 0,02%), так как кислород сообщает меди хрупкость. Иногда к электротехнической меди в небольших количествах добавляют некоторые металлы, повышающие ее прочность, но не снижающие электропроводности, например кадмий (до 1%).
Сплавы меди с цинком называются латунями, а с другими металлами называются бронзами.
Алюминиевые бронзы (5—11% А1) обладают высокой коррозионной стойкостью и золотистым блеском. Они идут на изготовление лент, пружин, шестерен и художественных изделий. Кремнистые бронзы (4—5% Si) обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами. Они применяются в химической промышленности для изготовления сеток,’ проводов, трубопроводов. Берил-лиевые бронзы (1,8—2,3% Be) способны при быстром охлаждении с 800° принимать закалку и становятся твердыми и упругими, как сталь. Их применяют главным образом при изготовлении часовых механизмов и в точной механике. Большинство бронз имеет сложный состав и являются трех- или четырех компонентными сплавами.
Сплавы меди, содержащие до 10% цинка, называются томпаком; при большем содержании цинка (10—40%) — латунью. Томпак и латунь хорошо прокатываются и обрабатываются штамповкой и прессованием. Они применяются для изготовления листов, труб, патронных гильз и различной арматуры (краны, вентили и др.). Добавление в латунь олова резко улучшает ее коррозионную стойкость («морская» латунь).
Сплавы меди с никелем (иногда с добавлением цинка) обладают значительным сопротивлением. Некоторые из них, например мельхиор, применяются для изготовления предметов домашнего обихода. К этим сплавам относятся: манганин — 85% Си, 12% Мп, 3% N; нейзильбер — 65% Си, 20% Z, 15% N; константан — 59% Си, 40% N, 1% Мп; мельхиор — 80% Си, 20% N.
Цинк. Чистый цинк благодаря высокой коррозионной стойкости используется главным образом для цинкования железа (горячим или электролитическим способом). Значительная часть его расходуется на производство сплавов, главным образом с медью.
Ртуть, являющаяся при обычных условиях единственным жидким металлом, применяется в электротехнической промышленности для изготовления ртутных выпрямителей, ртутных прерывателей и для изготовления термометров.
Германий в чистом виде почти не имеет собственных носителей электрического тока (электронов), и в этом отношении он близок к неметаллам. Обладая полупроводниковыми свойствами, он применяется в электро- и радиотехнике для устройства электрических выпрямителей. Пластинка германия размером в несколько миллиметров заменяет радиолампу.
Олово благодаря высокой коррозионной стойкости применяется для лужения железа. Используют его для приготовления подшипниковых и легкоплавких сплавов.
Свинец в большом количестве идет на изготовление оболочек кабелей (примесей не больше 0,08—0,14%), подшипниковых сплавов, пластин аккумуляторов, применяется также в ядерной технике и на покрытие поверхности аппаратов в химической промышленности.
Титан и цирконий относятся к сравнительно легким металлам, обладающим высокой коррозионной стойкостью. По прочности они не уступают стали. До последнего времени титан относился к редким металлам, так как не было удовлетворительных способов получения его в чистом виде. Механической обработке поддается только чистый титан. Применяется он главным образом в самолетостроении, заменяя дуралюминий, который при сверхзвуковых скоростях самолетов благодаря нагреву начинает терять механические свойства. Весьма перспективно применение титана в морском деле — длительные (десятилетние) опыты показали, что он практически не подвергаем ся коррозии в морской воде.
Цирконий дороже титана. Он нашел применение в устройстве атомных реакторов в качестве коррозионностойкого материала, почти не задерживающего медленных нейтронов. Цирконий в нагретом состоянии весьма активен по отношению к кислороду, водороду, азоту и другим газам. Поэтому его применяют в качестве геттера — вещества, поглощающего газы. С этой целью из циркония делают держатели для вольфрамовых нитей радиоламп.
Ниобий и тантал обладают весьма высокой коррозионной стойкостью. Практически в кислотах, в том числе в смеси соляной и азотной кислот, за исключением плавиковой, они не растворяются. Эти металлы, особенно тантал, находят применение в химической промышленности для замены платины при работе с агрессивными средами. Благодаря высокой теплопроводности, превосходящей таковую железа в 17 раз, тантал весьма пригоден для устройства теплообменников. При одинаковой конструкции и производительности теплообменник из тантала меньше железного примерно в 17 раз. Широкому применению тантала еще мешает его высокая стоимость.
Хром благодаря своей высокой коррозионной стойкости и стойкости против истирания применяется для получения защитных покрытий на железе и меди. Изделия из хрома не изготовляются вследствие его хрупкости. Он входит в состав различных сплавов с железом.
Молибден и вольфрам являются самыми тугоплавкими металлами. Они применяются в виде проволок (особенно вольфрам) при изготовлении нитей накаливания электроламп, высокотемпературных печей. Печи с вольфрамовой обмоткой развивают температуру до 2000—2500°. Благодаря большому сродству вольфрама с кислородом при высоких температурах обмотка должна находиться в восстановительной атмосфере, например водорода. В значительных количествах порошкообразный вольфрам идет на изготовление твердых сплавов на основе карбида вольфрама WC. Порошок карбида смешивается с порошком кобальта, и эта смесь прокаливается под давлением в атмосфере водорода. Получающийся материал (победит) идет на изготовление резцов, которые по сравнению со стальными резцами позволяют увеличить скорость обработки металлов примерно в 200 раз.

Применение металла в промышленности
Металл является одним из самых необходимых материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, трубы из него могут использоваться только в помещениях, а конструкции, проходящие под землей, можно изготавливать только из металла.
Чаще всего в промышленности и строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы, в основе которых лежит какой-либо элемент и разнообразные добавки, улучшающие его качества – надежность, прочность и т.д. Самыми распространенными сплавами являются сталь, чугун, а также материалы, в основе которых лежит медь и алюминий.
Сталь является самым востребованным металлом. Подобный вывод можно сделать, проанализировав ежегодные объемы производства того или иного металла. В большинстве случаев, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, количество которого достигает двух процентов. Сплавы стали подразделяются на несколько видов: малоуглеродистые, уровень углерода в которых не превышает 0,25%, высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,55% и легированные, дополненные никелем, хромом, ванадием. Для того чтобы значение стали в жизни человека стало для вас более явным, попробуйте вспомнить все металлические предметы, которые вы использовали за день, — ножи, бритву и т.д. все они изготовлены из стали.
На втором месте по объему производства находится чугун, который также представляет собой сплав железа и углерода. Только в отличие от стали, количество последнего в чугуне несколько больше. Для придания сплаву прочности в чугун добавляется кремний. Особенно широкое распространение чугун получил в строительстве: он используется для изготовления трубопроводной арматуры, крышек люков и других элементов, основным требованием которых является прочность. Кроме этого, из чугуна производится и некоторая посуда: так, в советское время у каждой хозяйки на кухне была сковорода из чугуна.
Хотя сплавы из алюминия не так распространены, как материалы, названные выше, некоторые их достоинства делают их незаменимыми для некоторых операций. Прежде всего, сплавы из алюминия отличает экономичность, легкость в обработке и другом использовании, а также легкодоступность. Такие сплавы без труда поддаются ковке, сварке, штампованию и другим подобным операциям, а также хорошо поддаются обработке на металлорежущих станках.

Использование алюминиевых сплавов ограничено лишь тем, что при высоких температурах они теряют ряд своих свойств. Так, температура двести градусов по Цельсию уже является для них высокой, между тем, как термоустойчивость – это очень важное свойство металла. К достоинствам алюминиевых сплавов относится их безвредность и экологичность, благодаря чему их можно использовать даже для хранения и перевозки пищевых продуктов, стойкость к появлению коррозии, высокая отражательная способность, а также немагнитность. Наиболее часто алюминиевые сплавы применяются в пищевой промышленности и машиностроении. Кроме этого, они необходимы для создания высоковольтных линий и изготовления некоторых архитектурно-отделочных материалов.
Большинство крупных машиностроительных и других промышленных предприятий, а также строительных фирм не работает непосредственно с металлом, покупает необходимый для их производства металлопрокат, изготовляемый металлургическими заводами, согласно ГОСТам или по индивидуальным чертежам заказчика.

Роль металлов в современной технике очень велика. Они широко используются во многих областях народного хозяйства, в т.ч. в тяжёлой отрасли промышленности, станкостроение, в производстве машин и механизмов, в авиационной и автомобильной отраслях промышленности, в космической технике. Наиболее широкое применение имеют железо и алюминий.

Применение алюминия

1.При получение лёгких сплавов (дюралюминий- в авиа-и ракетостроении, в строительстве).

2. В металлургии˸ для восстановления металлов из их оксидов (алюминотермия).

3. При изготовлении электрических проводов и кабелей (легче, чем провода из меди).

4.В производстве бытовых предметов.

Применение железа

1.При изготовлении электромагнитов, трансформаторов, электромоторов, мембран микрофонов (благодаря способности в быстрому намагничиванию и размагничиванию).

2.Основная масса железа используется в виде железоуглеродистых сплавов – чугуна и стали, широко используемых в промышленности.

Применение меди

1.При изготовлении электрических проводов и кабелей (хороший проводник тока).

2. Как компонент сплавов (латуней, бронзы и др.).

Применение цинка

1.Как антикоррозионное покрытие от электрохимической коррозии (благодаря химической активности).

2. Получение технически важных (высокопластичных) сплавов˸ с Cu (латуни), с AI и Ni.

3.Производство гальванических элементов (цинковоугольных).

Применение титана

1.При получении сплавов (титан и ᴇᴦο сплавы обладают большой легкостью, прочностью, термической и коррозионной устойчивостью).

2.В авиа- и ракетостроении,при строительстве подводных лодок.

3.В морском судостроении для изготовлении обшивки корпусов судов,обладающих высокой прочностью и стойкостью в морской воде.

4.Как конструкционный материал при изготовлении оборудования для химической,текстильной и бумажной отраслей промышленности.

Применение хрома

1.В производстве высококачественных твердых сталей (феррохром).

2.При изготовлении металлорежущих инструментов.

3.Как компонент нержавеющих сталей и сплавов.

4.Как антикоррозионное покрытие (хромирование стальных изделий для предотвращения коррозии).

Применение никеля

1.Как компонент легированных сталей,а так же жаростойких,сверхтвердых антикоррозионных и других сплавов.

2.Никелирование поверхностей предметов (от коррозии).

3.Как конструкционный материал при изготовлении химической аппаратурой и ядерных реакторов.

Вопрос 3.Сколько литров кислорода и воздуха нужно для полного сгорания 100 л смеси,состоящий из 10 % метана, 20% пропана и 70% оксида углерода (II)?

Ответ.

Дано˸ Найти˸

V(смеси)= 100 л, V (O2) = ?

ω ( CH4)= 10 %, V (возд.)= ?

ω (C3 H8)= 20%,

V (CH4) = 100 *10 /100 = 10 л,

V (C3 H8) =100*20/100= 20 л,

V (CO) = 100*70/100= 70 л.

CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O.

V ˸ 1 моль 2 моль

V˸ 22,4 л 44,8 л

C3H8 + 5O2= 3CO2+ 4H2O.

1. подготовка произ-ва

2. собственно произ-во изделия

Под технологической обработкой понимается комплекс следующих работ:

1. Анализ технологичности конструкции нового изделия.

— контроль чертежей

— анализ возможностей изготовления нов. изделия средствами существующего произ-ва

2. Анализ сертификации.

— составление ведомости покупных, заимствованных и оригинальных деталей

3. Составление расцеховки изделия.

— Т.е. перечень цехов, ч\з которые должен пройти заказ

4. Проектирование технологического процесса, изготовление и сборка изделий.

5. Анализ средств технологич. оснащения:

— закупка на стороне нового оборудования

— использование существующих средств и их обработка

— инструменты

— проектирование изготовления новых средств оснащения.

6. Доработка изготовлен. спец. средств тех. оснащения.

7. Разработка новой планировки участков и цехов.

8. Отладка технологии и оснащения на опытной партии изделия.

Подсчитывается акт о сдаче пр-ва в технологическую эксплуатацию. Подготовка занимает от 1 до 7 лет, сейчас сокращают от 1до 5. Подготовку ограничивает НТП. Подготовка использует автоматизацию.

№9. Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении.

МЕХАНИЧЕСКИЕСВ-ВА – хар-ют способность материалов находиться под нагрузкой не разрушаясь и вместе с тем деформироваться (изменять форму и размеры). Внешняя нагрузка вызывает в тв. теле напряжение и деформацию.

Деформация – нагрузка, сила, отнесенная к единице сечения.

Напряжение – изменение размеров и формы тела под давлением приложенных сил (внешних).

Различают упругую дефформацию (исчезает после снятия нагрузки), пластичную (деформация остается после снятия нагрузки).

Колличественные значения механических свойств определяют в процессе испытаний на специальных разрывных машинах.

Прочность – способность тв. тела сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил.

— предел прочности sв=Рмах/F0.знаменатель – исходное поперечное сечение, имер. Н/м2 или Мпа.

— Предел текучести sт=Рт/ F0.

Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.

Показатели:

Относительное удлинение

Относительное сужение

Для стали sт=650МПа-низкая,650-1300-средняя,1300-1400-высокая прочность. Для алюминия dв=200-400 –средняя, для танталовых dв=800.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению другого тела.

Твердость по Бринеллю (НВ) – определяется путем вдавливания стального шарика под нагрузкой в поверхность испытуемого материала. После снятия нагрузки остается луночка, и по размеру луночки судят о твердости. Для стали НВ=150-200- средняя твердость.

Твердость по Роквеллу – в материал вдавливается алмазный конус, после вдавливания остается отпечаток. Угол конуса равен 1360 и вдавливают с разной силой (шкалы А, В, С, но используют шкалы А и С).

По шкале С оценивают твердость закаленных материалов HRC 20-70 среднее значение 45. По шкале А оценивают твердость тонких менее прочных инструментальных материалов HRA 70-85.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Коэффициент линейного расширения, электропроводность, теплопроводность, окисление, намагничиваемость, удельная теплота плавления, коэффициент трения (возникает благодаря силам взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Определяют способность материала подвергаться различным методам холодной и горячей обработки.

Жидкотекучесть – способность сплава наполнять форму.

Усадка – сокращение размеров и объема после остывания.

Ковкость – способность материала деформироваться при невысоком сопротивлении и принимать нужную форму без разрушения.

Сваривание – способность металлов образовывать прочные соединения при совместном расплавлении.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА.

Определяет долговечность материалов машине.

Хладноломкость – способность работать при минусовых температурах.

Жаростойкость – способность работать при высоких температурах.

Износостойкость – способность сопротивляться истиранию в процессе трения деталей друг о друга.

Циклическая прочность – вал разрушается при нагрузке в 3 и 5 раз меньше, чем в статическом состоянии.

№10. Черные металлы (чугуны и стали), Сортамент, основные виды, марки материалов.

Черными металлами является железо и его сплавы. На долю черных металлов приходится 95% мировой металлопродукции.

Чугун Fe+C (3-4,5%).

В его состав могут входить полезные Mn & Si и плохие составляющие S & P (вместе с коксом). Чугун делят на группы:

Серый чугун. (технический): СЧ32, где прочность -sв=32 кг/м2. Используют для изготовления рам и станин машин.

Ковкий чугун. (более прочный): КЧ17-32 соответственно прочность-sв и пластичность -d. Изготовляют крупные детали, работающих при динамичной нагрузке: маховики паровых машин.

Высокопрочный жаростойкий чугун (300-400оС): ЧС5 (Si – 5% придает высокую термостойкость)

Сталь – деформируемый ковкий сплав Fe+C (до 2%). Различают по химическому составу:

Углеродистые стали. (Mn 1%, Si 0.45%).

1.Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0 до Ст6 (7 марок), наиболее известная Ст3, по мере увеличения цифры увеличивается содержание углерода и прочность-sв. Из нее изготавливают прокат.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сплавы – это смеси двух или более элементов, среди которых преобладают металлы. Металлы, входящие в сплав, называют основой. Часто в сплав добавляют элементы неметаллы, придающие сплавам особые свойства, их называют легирующими или модифицирующими добавками. Среди сплавов наибольшую значимость имеют сплавы на основе железа и алюминия.

Классификация сплавов

Существует несколько способов классификации сплавов:

по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);
по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);
по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);
по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);
по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);
по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);
по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).

Свойства сплавов

Свойства сплавов зависят от их структуры. Для сплавов характерны структурно-нечувствительные (определяются природой и концентрацией элементов, составляющих сплавы) и структурно-чувствительные свойства (зависят от характеристик основы). К структурно-нечувствительным свойствам сплавов относятся плотность, температура плавления, теплоту испарения. тепловые и упругие свойства, коэффициент термического расширения.

Все сплавы проявляют свойства, характерные для металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность и др.

Также все свойства, характерные для сплавов можно разделить на химические (отношение сплавов к воздействию активных сред – вода, воздух, кислоты и т.д.) и механические (отношение сплавов к воздействию внешних сил). Если химические свойства сплавов определяют путем помещения сплава в агрессивную среду, то для определения механических свойств применяют специальные испытания. Так, чтобы определить прочность, твердость, упругость, пластичность и другие механические свойства проводят испытания на растяжение, ползучесть, ударную вязкость и др.

Основные виды сплавов

Широкое применение среди всевозможных сплавов нашли различные стали, чугун, сплавы на основе меди, свинца, алюминия, магния, а также легкие сплавы.

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Сплавы на основе меди называют латунями, в качестве добавок они содержат от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью).

Среди сплавов на основе свинца выделяют двухкомпонентные (сплавы свинца с оловом или сурьмой) и четырехкомпонентные сплавы (сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом, сплавы свинца с оловом, сурьмой и мышьяком), причем (характерно для двухкомпонентных сплавов) при различном содержании одинаковых компонентов получают разные сплавы. Так, сплав, содержащий 1/3 свинца и 2/3 олова — третник (обычный припой) используется для пайки трубо- и электропроводов, а сплав, содержащий 10-15% свинца и 85-90% олова – пьютер, ранее применялся для отливки столовых приборов.

Сплавы на основе алюминия двухкомпонентные – Al-Si, Al-Mg, Al-Cu. Эти сплавы легко получать и обрабатывать. Они обладают электро- и теплопроводностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми, взрывобезопасны. Сплавы на основе алюминия нашли применение для изготовления легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание

При действии на смесь Al и Fe массой 11 г избытком HCl, выделилось 8,96л газа. Определить массовые доли металлов в смеси.

Решение

В реакцию взаимодействия вступают оба металла, в результате чего выделяется водород:

2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Найдем суммарное количество моль выделившегося водорода:

v(H 2) =V(H 2)/V m

v(H 2) = 8,96/22,4 = 0,4 моль

Пусть количество вещества Al – х моль, а Fe –y моль. Тогда, исходя из уравнений реакций можно записать выражение для суммарного числа моль водорода:

1,5х + у = 0,4

Выразим массу металлов, находящихся в смеси:

Тогда, масса смеси будет выражаться уравнением:

27х + 56у = 11

Получили систему уравнений:

1,5х + у = 0,4

27х + 56у = 11

Решим её:

(56-18)у = 11 – 7,2

v(Fe) = 0,1 моль

х = 0,2 моль

v(Al) = 0,2 моль

Тогда, масса металлов в смеси:

m(Al) = 27×0,2 = 5,4 г

m(Fe) = 56×0,1 = 5,6 г

Найдем массовые доли металлов в смеси:

ώ =m(Me)/m sum ×100%

ώ(Fe) = 5,6/11 ×100%= 50,91%

ώ(Al) = 100 – 50,91 = 49,09%

Ответ

Массовые доли металлов в смеси: 50,91%, 49,09%

Содержание статьи

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см . табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~ 70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Таблица 1. Некоторые важные сплавы (состав и механические свойства)

Таблица 1. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (состав и механические свойства)
		Типичные механические свойства
Сплавы	Состав (основные элементы, %)	Состояние	Предел текучести (деформация 0,2%), МПа	Предел прочности на растяжение, МПа	Удлинение (на длине 5 см), %
Алюминиевые
3003	1,2 Mn, 98,8 Al	Отожженный	40	110	30
		Холоднокатаный 1	186	200	4
2017	4,0 Cu, 0,5 Mn, 0,5 Mg, 95 Al	Отожженный	69	179	22
		Термообработанный 2	275	427	22
5052	2,5 Mg, 0,25 Cr, 97,25 Al	Отожженный	90	193	25
		Холоднокатаный 1	255	290	7
6053	1,3 Mg, 0,7 Si, 0,25 Cr, 97,75 Al	Отожженный	55	110	35
		Термообработанный 3	220	255	15
Альклед 2024	Сердцевина: 2024 (4,5 Cu, 0,60 Mn, 1,5 Mg, 94,4 Al). Покрытие: 99,75 Al	Отожженный	76	179	20
		Термообработанный 3	310	448	18
		Термообработанный 4	365	462	11
7075	5,6 Zn, 2,1 Cu, 3,0 Mg, 0,3 Cr, 89,0 Al	Отожженный	100	228	17
		Термообработанный 3	517	572	11
13	12–13 Si, 87–88 Al	Литой под давлением	145	296	2,5
43	5,3 Si, 94,7 Al	Литой в песч. форму	55	130	8
		Литой под давлением	110	228	9
214	4 Mg, 96 Al	Литой в песч. форму	82	170	9
Медные
Красная латунь	85 Cu, 15 Zn	Отожженный	100	310	43
		Холоднокатаный 1	450	550	4
Патронная латунь	69 Cu, 31 Zn	Отожженный	100	317	58
		Холоднокатаный 1	450	586	10
Желтая латунь (выс.)	65 Cu, 35 Zn	Отожженный	100	310	60
		Холоднокатаный 1	480	620	5
Адмиралтейская латунь	70 Cu, 29 Zn, 1 Sn	Отожженный	124	365	60
		Холоднокатаный 1	676	689	3
Судостроительная латунь	60 Cu, 39 Zn, 0,75 Sn, 0,25 Pb	Отожженный	100	372	40
		Холоднокатаный 1	270	427	30
Мунца металл	60 Cu, 40 Zn	Отожженный	100	393	48
		Холоднокатаный 1	410	552	9
Алюминиевая бронза	92 Cu, 8 Al	Отожженный	206	524	55
		Холоднокатаный 1	689	924	13
Марганцовистая бронза	68 Cu, 29 Zn, 1 Fe, 1 Mn, 1 Al	Отожженный	172	414	45
		Холоднокатаный 1	344	586	20
Фосфористая бронза	95 Cu, 5 Sn, следы P	Отожженный	124	310	50
		Холоднокатаный 1	517	620	4
Кремнистая бронза	96 Cu, 3 Si, остальное Mn, Sn, Ni или Zn	Отожженный	150	379	35
		Холоднокатаный 1	620	758	5
Бериллиевая бронза	97,6 Cu, 2,05 Be, 0,35 Ni или 0,25 Co	Отожженный	210	483	42
		Холоднокатаный 5	1100	1310	2
Нейзильбер	60 Cu, 20 Zn, 20 Ni	Отожженный	138	310	35
		Холоднокатаный 1	517	620	3
Купроникель	70 Cu, 30 Ni	Отожженный	228	440	35
		Холоднокатаный	503	552	5
Магниевые
AZ 92 (дауметалл C)	9 Al, 2 Zn, 0,1 Mn, 88,9 Mg	Литой в песч. форму 3	150	275	3
AZ 90 (дауметалл R)	9 Al, 0,6 Zn, 0,2 Mn, 90,2 Mg	Литой под давлением	150	228	3
AZ 80X (дауметалл 01)	8,5 Al, 0,5 Zn, 0,2 Mn, 90,8 Mg	Экструдированный	228	338	11
Никелевые
Монель-металл	67 Ni, 30 Cu, 1,4 Fe, 1 Mn	Отожженный	240	517	40
		Холоднокатаный 1	689	758	5
Инконель	77,1 Ni, 15 Cr, 7 Fe	Отожженный	241	586	45
		Холоднокатаный 1	758	930	5
Железные
Кованое железо	2,5 шлак, остальное в осн. Fe	Горячекатаный	206	330	30
Технически чистое железо	99,9 Fe	Отожженный	130	260	45
Углеродистая сталь SAE 1020	0,2 C, 0,25 Si, 0,45 Mn, 99,1 Fe	Отожженный	276	414	35
Литая углеродистая сталь	0,3 C, 0,4 Si, 0,7 Mn, 98,6 Fe	Литой 6	276	496	26
		Литой 7	414	620	25
Нержавеющая сталь типа 302	18 Cr, 8 Ni, 0,1 C, 73,9 Fe	Отожженный	207	620	55
Нержавеющая сталь типа 420	13 Cr, 0,35 C, 86,65 Fe	Отожженный	414	676	28
		Термообработанный	1380	1724	8
Чугун	3,4 C, 1,8 Si, 0,5 Mn, 94,3 Fe	Литой	-	174	0,5
Нитенсил	2,7 C, 1,8 Si, 0,8 Mn, 2,3 Ni, 0,3 Cr, 92,1 Fe	Литой 8	278	552	-
Нирезист типа 2	2,8 C, 1,8 Si, 1,3 Mn, 20 Ni, 2,5 Cr, 71,6 Fe	Литой	-	207	2
Нихард	2,7 C, 0,6 Si, 0,5 Mn,4,5 Ni, 1,5 Cr, 90,2 Fe	Литой в песч. форму	-	379	-
		Литой в кокиль	-	517	-
1 Отпуск на макс. твердость. 2 Термообработка на твердый раствор. 3 Термообработка на твердый раствор и старение. 4 Термообработка на твердый раствор, старение и наклеп. 5 Отпуск на макс. твердость и старение. 6 Литье и отжиг. 7 Литье, закалка в воду, отпуск с 677° С. 8 Литье и термообработка.

Таблица 2. Некоторые важные сплавы (физические свойства, характеристика и применение)

Таблица 2. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (физические свойства, характеристика и применение)
	Физические свойства
Сплавы	Плотность	Точка (диапазон) плавления, °С	Коэфф. теплового расширения (0–100° С), 10 –6 /К	Теплопро-водность (0–100° С), 10 6 Вт/(мЧК)	Удельное электро- сопротивление (0° С), 10 –9 ОмЧм	Модуль упругости при растяжении, 10 3 МПа	Характеристика и применение
Алюминиевые
3003	2,73	645–655	22,9	8,32 6,70	98,9 125	68,9	Пластичный и легкий материал. Баки, трубы, заклепки и т.п.
2017	2,79	535–640	23,2	7,41 5,23	111 169	71,7	Самолетостроение и др. отрасли техники, где требуется высокая удельная прочность
5052	2,67	590–650	23,6	6,00	144	70,3	Хорошая прочность, легкий, коррозионностойкий материал
6053	2,69	580–650	23,2	7,41 6,70	111 125	69,0	То же
2024	-	500–640	23,0	-	-	-	По прочности превосходит 2017
7075	2,80	480–640	23,2	5,23	169	71,7	По прочности превосходит 2024. Самолетостроение
13	2,66	576–620	19,8	6,14	140	71,0	Хорошие литейные свойства. Превосходный материал для сложных отливок
43	2,66	576–630	22,0	6,32 6,32	136 122	71,0 71,0	Хорошие литейные свойства, газоплотный материал.Литейный сплав общего назначения
214	2,63	580–640	23,8	5,98	144	71,0	Хорошие механические свойства. Превосходная коррозионная стойкость. Кухонная и молочная посуда
Медные
Красная латунь	8,75	1023	17,6	6,85	143	103	Коррозионностойкий. Водопроводные трубы, арматура
Патронная латунь	8,50	938	20,0	5,17	204	97	Патронные гильзы и др. изделия глубокой вытяжки
Желтая латунь (выс.)	8,47	932	18,9	5,17	204	97	Латунь широкого назначения. Хорошие механические характеристики.
Адмиралтейская латунь	8,54	934	18,4	4,73	214	103	Коррозионностойкий. Конденсаторные трубы
Судостроительная латунь	8,42	885	20,1	5,00	214	103	Стойкий к соленой воде. Судостроение
Мунца металл	8,40	904	19,4	5,42	184	90	Хорошие высокотемпературные свойства и коррозионная стойкость
Алюминиевая бронза	7,78	1040	16,6	3,00	357	103	Сплав повышенной прочности, коррозионностойкий. Гребные винты, зубчатые колеса
Марганцовистая бронза	8,36	896	20,1	4,36	214	103	Повышенная прочность. Арматура трубопроводов
Фосфористая бронза	8,86	1050	16,9	3,52	290	103	Высокая усталостная прочность. Пружины, мембраны
Кремнистая бронза	8,54	1018	17,1	1,40	816	103	Высокие прочность и сопротивление усталости, коррозионная стойкость
Бериллиевая бронза	8,23	954	16,6	4,00	-	-	Исключительно высокая усталостная прочность. Пружины, мембраны
Нейзильбер	8,75	1110	16,2	1,45	893	128	Коррозионностойкий белый металл. Основной материал для посеребренной посуды
Купроникель	8,94	1227	15,3	1,25	1122	139	Коррозионная стойкость. Конденсаторные трубы, трубопроводы для соленой воды
Магниевые
AZ 92 (дауметалл C)	1,82	599	25,2	2,89	490	44,8	Легкий сплав для литья в песчаные и многократные формы
AZ 90 (дауметалл R)	1,81	604	25,2	2,98	520	44,8	Легкий сплав для литья под давлением
AZ 80X (дауметалл 01)	1,80	610	25,2	3,30	444	44,8	Легкий сплав для экструдирования
Никелевые
Монель-металл	8,84	1299–1349	14,0	1,12	1480	179	Коррозионностойкий. Кухонное и больничное оборудование
Инконель	8,51	1393–1427	11,5	0,64	3000	214	Термо- и коррозионностойкий сплав
Железные

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

РАЗНОВИДНОСТИ СПЛАВОВ

Сплав -- макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Сплавы различаются по своему предназначению.

Конструкционные сплавы:

дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

Для заливки подшипников:

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

манганин

Для изготовления режущих инструментов:

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Сталь (польск. stal, от нем. Stahl) -- деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода в котором не превышает 2,14 %, но не меньше 0,022 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

В древнерусских письменных источниках сталь именовалась специальными терминами: «Оцел», «Харолуг» и «Уклад». В некоторых славянских языках и сегодня сталь называется «Оцел», например в чешском.

Сталь -- важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении -- для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Чугумн -- сплав железа с углеродом (содержанием более 2,14 %). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок. Мировое производство чугуна в 2007 составило 953 млн тонн (в том числе в Китае -- 477 млн тонн).

Виды чугунa:

Белый чугун

В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна -- перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

Серый чугун

Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Основная статья: Ковкий чугун

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Половинчатый чугун

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна -- перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Фирменное название дюрамль (Dural®) в русском языке стало по преимуществу разговорным и профессионально-жаргонным. Иногда встречаются также старая (основная до 1940-х) форма дуралюмимний и англизированные варианты дуралюмимн, дюралюмимн, крайне редко также дурамль. Название происходит от немецкого города Дюрен, нем. Dьren, где в 1909 году было начато его промышленное производство

Свойства и применение

Первое применение дюралюминия -- изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, с 1911 года -- более широкое применение. Состав сплава и термообработка в годы войны были засекречены. Благодаря высокой удельной прочности дюралюминий начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава 2500--2800 кг/мі, температура плавления около 650 °C. Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например поездов Синкансен) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твердостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного -- при 20 °C -- несколько суток, искусственного -- при повышенной температуре -- несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий -- медь -- магний с добавками марганца -- известны под общим названием дюралюмины. В их число входят сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450--500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150--175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения. сплав свойство чугун дюралюминий

Недостаток дюралюминов -- низкая коррозионная стойкость, изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Листы дюралюминов, как правило, плакируют чистым алюминием.

Баббит -- антифрикционный сплав на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника.

Наиболее распространённые варианты сплава:

90 % олова, 10 % меди;

89 % олова, 7 % сурьмы, 4 % меди;

80 % свинца, 15 % сурьмы, 5 % олова;

В качестве присадок могут быть использованы: сурьма, медь, никель, мышьяк, кадмий, теллур, кальций, натрий, магний.

Температура плавления -- 300--440 °C.

Первый подшипниковый сплав разработан американцем Исааком Бэббитом в 1839 году.

Баббит, основу которого составляет олово (Б88, Б83, Б83С, SAE11, SAE12, ASTM2), используют, когда от антифрикционного материала требуются повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения. Оловянный баббит по сравнению со свинцовым обладает более высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и теплопроводностью.

Баббиты на основе свинца (Б16, БН, БСб, БКА, БК2, БК2Ш, SAE13, SAE14, ASTM7, SAE15, ASTM15) обладают более высокой рабочей температурой, чем на основе олова. Применяется для подшипников дизельных двигателей, прокатных станов.

Свинцовокальциевый баббит используют в подшипниках подвижного состава железнодорожного транспорта.

Все баббиты имеют существенный недостаток -- низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Из-за небольшой прочности баббиты могут успешно эксплуатироваться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Обычно тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Продолжительность работы подшипников зависит от толщины баббитового слоя, залитого на стальной вкладыш. Уменьшение толщины слоя увеличивает срок службы подшипника.

Манганин -- термостабильный сплав на основе меди (около 85 %) с добавкой марганца (Mn) (11,5--13,5 %) и никеля (Ni) (2,5--3,5 %). Характеризуется чрезвычайно малым изменением электрического сопротивления в области комнатных температур. Впервые предложен в Германии в 1889.

Манганин -- основной материал для электроизмерительных приборов и образцовых сопротивлений -- эталонов магазинов, мостовых схем, шунтов, дополнительных сопротивлений приборов высокого класса точности. Максимальная рабочая температура -- 300 °C.

Существенное преимущество манганина перед константаном заключается в том, что манганин обладает очень малой термоЭДС в паре с медью (не более 1 мкв/1°С), поэтому в приборах высокого класса точности применяют только манганин. В то же время манганин, в отличие от константана, неустойчив против коррозии в атмосфере, содержащей пары кислот, аммиака, а также чувствителен к значительному изменению влажности воздуха.

Нихромм -- общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55--78 % никеля, 15--23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.

Первый нихромовый сплав разработан в США в 1905 году А. Маршем.

Основными достоинствами нихромовых сплавов являются высокая жаростойкость в окислительной атмосфере (до 1250 °C), высокое электрическое сопротивление (1,05--1,4 Ом/ммІ·м). Нихром применяется для изготовления нагревательных элементов электропечей, бытовых приборов. Из нихрома изготавливают детали, работающие при высокой температуре, резисторные элементы, реостаты.

Победит -- металлокерамический твердый сплав. твёрдый сплав карбида вольфрама WC и кобальта в соотношении 90% и 10% масс, соответственно. По твёрдости близок к алмазу (80--90 по шкале Роквелла), применяется при бурении горных пород.

Разработан в 1929 году в СССР[источник не указан 67 дней], где в основном использовался для режущих инструментов. Сейчас сплав применяется для оснащения волочильного инструмента, в качестве резцов и т.д. При создании используются методы порошковой металлургии.

Металлокерамические сплавы обладают особенно высокой твердостью. Победит изготовляется в виде пластинок различной формы и размера. Процесс изготовления сводится к следующему: мелкий порошок карбида вольфрама или другого тугоплавкого карбида и мелкий порошок связующего металла кобальта или никеля перемешиваются и затем прессуются в соответствующих формах. Спрессованные пластины спекаются при температуре, близкой к температуре плавления связующего металла, что дает очень плотный и твердый сплав. Пластинки из этого сверхтвердого сплава применяются для изготовления металлорежущего и бурового инструмента. Пластинки напаиваются на державки режущего инструмента медью. Термообработка не требуется.

В настоящее время разработаны и другие вольфрам-кобальтовые сплавы, однако для них продолжают использовать название «победит».

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие сплавов, их типы и классификация. Описание физико-химических, механических, технологических и литейных свойств металлов и сплавов. Процесс получения чугуна и стали. Химические элементы, применяемые для легирования. Разновидности сплавов золота.

реферат , добавлен 09.05.2012

Металлы как группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами: высокие тепло- и электропроводность, высокая пластичность и металлический блеск. Отличительные особенности металлов от неметаллов. Порядок получения данных элементов.

презентация , добавлен 24.05.2012

Углерод как основа всех органических веществ. Анализ истории производства и использования железа. Рассмотрение диаграммы равновесия сплава Fe-C. Виды чугунов: серый, белый, ковкий. Особенности технологии производства и обработки железа и сплавов.

курсовая работа , добавлен 15.01.2013

История возникновения сплавов. Коррозионная стойкость, литейные свойства, жаропрочность и электрическое сопротивление сплавов. Основные свойства сплавов. Раствор одного металла в другом и механическая смесь металлов. Классификация и группы сплавов.

презентация , добавлен 30.09.2011

Физические свойства металлов и сплавов. Химические свойства металлов и сплавов. Сплавы. Требования к сплавам и виды сплавов. Методы испытания полиграфических сплавов. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии.

реферат , добавлен 06.09.2006

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. Закономерности анодного поведения алюминия и его сплавов в растворах кислот на начальных стадиях формирования АОП и вторичных процессов, оказывающих влияние на структуру и свойства формирующегося слоя оксида.

Классификация и общая характеристика медно-никелевых сплавов, влияние примесей на их свойства. Коррозионное поведение медно-никелевых сплавов. Термодинамическое моделирование свойств твёрдых металлических растворов. Энергетические параметры теории.

дипломная работа , добавлен 13.03.2011

Кристаллическая структура ниобия, золота и их сплавов; количество и положение междоузлий. Диаграмма состояния системы Nb-V; график зависимости периода кристаллической решетки от состава сплава; стереографические проекции; кристаллографические расчеты.

курсовая работа , добавлен 09.05.2013

Уменьшение скорости коррозии как метод противокоррозийной защиты металлов и сплавов. Классификация защитных покрытий (металлические, гальванические, металлизация напылением, неметаллические покрытия, органические, ингибиторная, кислородная и другие).

курсовая работа , добавлен 16.11.2009

Ознакомление с химическими свойствами алюминия, его применение. Рассмотрение буквенно-цифровой и цифровой маркировки алюминиевых сплавов; их деление на деформируемые, литейные, спеченные и гранулируемые. История получения алюминия Гансом Эрстедом.