- Доклады
- Разные
- Сплавы металлов
В природе множество металлов с разными примесями. Металлы с добавками называют сплавами. Есть металлы, которые называют основными, так как их больше в составе сплава.
Сплавы металлов обладают общими свойствами: теплопроводность, электропроводность, металлический блеск и другие. Для придания определенных свойств сплаву, в него добавляют легирующие добавки.
Основная часть металлов, которые используются в промышленности являются сплавами.
Основные виды сплавов
Алюминиевые – сплавы как понятно с названия на основе алюминия. Такие сплавы часто используют при изготовлении деталей и конструкций для машиностроения.
Амальгама – славы ртути с другими металлами. Чаще всего данный сплав применяют для «золотого» покрытия деталей. Используют в металлургии и стоматологии.
Вольфрамовые – сплавы с добавлением вольфрама. За счет своей высокой жаростойкости и прочности часто используется в ракетостроении. Также используют для изготовления приборов с высокими температурами.
Железоуглеродистые сплавы. К данному виду относят чугун, ферросплавы и сталь. Используют практически во всех отраслях промышленности.
Золотые сплавы. Данный сплав также используют для покрытия деталей, которым необходимо иметь «золотой» отлив, такие как монеты, ювелирные изделия и т.д.
Легкоплавкие сплавы. Данный вид сплавов имеет возможность начинать плавиться при достаточно низких температурах.
Магниевые сплавы. Сплавы с добавление магния очень устойчивы к коррозии.
Медные – сплавы с добавлением меди. С данного сплава изготовляют мелкие детали, такие как подшипники, шурупы, шайбы.
Никелевые – сплавы, которые имеют высокую устойчивость к коррозиям.
Оловянные – сплавы, которые изготовлены на основе олова. Такие сплавы также как и никелевые устойчивы к коррозии, но они более мягкие и имеют низкую температуру плавления.
Платиновые сплавы – начинают плавиться при высоких температурах, устойчивы к коррозии, твердые и не хрупкие.
Свинцовые – сплавы, которые обладают свойствами свинца. Устойчивы к некоторым кислотам и коррозии.
Твердые сплавы – сплавы с твердых металлов. С таких сплавов изготовляют материалы и инструменты, которыми обрабатывают металл.
Типографские сплавы имеют низкую температуру плавления.
Титановые сплавы также используют при ракетостроении.
Цинковые сплавы легко обрабатываются, имеют высокую твердость и также высокую температуру плавления.
Классификация
Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:
- метод изготовления:
- литые;
- порошковые;
- технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
- однородность структуры:
- гомогенные;
- гетерогенные;
Виды сплавов по их основе
Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.
Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.
Классификация металлов
В природе существует несколько видов металлов, которые отличаются по своим свойствам, характеристикам и внешнему виду. Каждая из разновидностей по-разному ведёт себя при взаимодействии с другими материалами или под воздействием факторов окружающей среды.
Виды металлов
Черные
В эту группу входит железо и сплавы на его основе. Характерные особенности чёрных металлов:
- высокая плотность;
- температура плавления гораздо выше чем у представителей других групп;
- цвет — тёмно-серый.
К представителям группы чёрных металлов относятся: вольфрам, хром, кобальт, молибден, железо, никель, титан, марганец, уран, нептуний, плутоний и другие. Используются они в различных отраслях и обладают разными свойствами. Популярными считаются сталь и чугун.
В состав черных металлов входит не только железо, но и различные примеси к которым относится сера, фосфор или кремний. В своём составе они содержат разное количество углерода.
Цветные
Представители этой группы более востребованы. Связано это с тем, что цветные металлы применяют в большем количестве отраслей. Их могут использовать в машиностроении, передовых технологиях, радиоэлектронике, металлургии. Ключевые особенности цветных металлов:
- низкая температура плавления;
- большой цветовой спектр;
- хорошая пластичность.
Из-за низкой прочности представителей цветной группы их используют в связке с разными видами более плотных материалов. Представители этой группы: магний, алюминий, никель, свинец, олово, цинк, серебро, платина, родий, золото и другие.
Слитки золота (Фото: pixabay.com)
Мягкие
Можно выделить отдельные виды металлов, которые будут относиться к группе твёрдых и мягких. В качестве мягких выступают:
- Алюминий — обладает устойчивостью к коррозии, легким весов, хорошей пластичностью. Используется в электропромышленности, при строительстве самолётов и изготовлении посуды.
- Магний — это лёгкий материал, который подвержен воздействию коррозийных процессов. Чтобы избавиться от этого недостатка, его используют в сплавах с другими материалами.
Это ключевые представители группы мягких металлов.
Твердые
Популярными материалами этой группы являются:
- Вольфрам — считается самым тугоплавким металлом. Дополнительно к этому, он является одним из самых прочных. Стойкий к химическим воздействиям.
- Титан — чем меньше вкраплений других материалов в этом металле, тем прочнее он становится. Используется при строительстве машин, ракет, самолётов, кораблей, а также в химической промышленности. Он хорошо обрабатываются под давлением, не поддается воздействию коррозийных процессов.
- Уран — ещё один металл, считающийся одним из самых прочных в мире. Радиоактивен и используется в различных направлениях промышленности.
Представители «твёрдой группы» хуже поддаются обработке и используются в меньшем количестве направлений деятельности человека, чем мягкие.
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.
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.
Слитки из алюминиевых сплавов
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.
Доклад: Сплавы
В качестве нагревательных, элементов успешно служат сплавы хрома с никелем — нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена предаёт металлу способность переносить большие нагрузки. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Сплав кобальта, молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии. Недавно созданы новые материалы основу которых составляют соединения марганца, хрома и сурьмы, которые найдут применение в различных автоматических устройствах и смогут заменить более дорогие термоэлементы. Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома.
Марганцевые сплавы
В современной технике применяют большое число манганинов — сплавов марганца, меда и никеля, обладающих высоким электрических сопротивлением, практически не зависящим от температуры. Манганины обладают ещё одним ценным свойством — способностью поглощать энергию колебаний. В кузнечных, штамповочных металлообрабатывающих цехах с помощью этих сплавов можно значительно уменьшить вредные производственные шумы. Марганцевая бронза — сплав марганца с медью — может намагничиваться, хотя ни тот, ни другой компонент в отдельности не проявляет магнитных свойств.
С одним из соединений марганца — перманганатом калия, или, попросту говоря, «марганцовкой’, — мы познакомились ещё в детстве.
Бериллиевые сплавы
Широкое применение в авиации находят сплавы меди с бериллием — бериллиевые бронзы. Из них изготавливают многие изделия, от которых требуются большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости н коррозии, сохранение упругости в значительном интервале температур, высокая электро- и теплопроводность. Благодаря, своим упругим свойствам бериллиевая бронза служит прекрасным пружинным материалом. Пружины из такой бронзы практически не знают усталости; они способны выдерживать до 20 миллионов циклов нагрузки!
Большое будущее принадлежит, по-видимому, сплавам бериллия с литием. Союз этих двух легчайших металлов приведёт , быть может, к созданию сплавов, не тонущих в воде.
Магниевые сплавы
Магний — очень легкий серебристо-белый металл. Его лёгкость могла бы сделать этот металл прекрасным конструкционным материалом. Но, увы, чистый магний — мягок и непрочен. Поэтому конструкторы вынуждены использовать сплавы магния с другими металлами. Особенно широко применяют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждым из компонентов этого содружества вносит свой «пай» в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионные свойства. Ну, а магний? Магний придаёт сплаву лёгкость — детали из магниевого сплава на 20-30% легче алюминиевых и на 50-75% легче чугунных и стальных. Сплавы этого элемента все чаще «приглашаются на работу» в автомобилестроение, текстильную промышленность, полиграфию.
У магниевых сплавов есть много друзей, которые, повышают их жаростойкость и пластичность, снижают их окисляемость. Это, например, литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан. Но есть, к сожалению, и враги — железо, кремний, никель; они ухудшают механические свойства сплавов, уменьшают сопротивляемость их коррозии. Широкое применение магниевые сплавы находят в самолётостроении.
Медные сплавы
Постоянно увеличивается число медных сплавов, используемых в различных отраслях промышленности. Если каких-нибудь 38-40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.
113 алюминиевой бронзы (сплав меди примерно с 5% алюминия) делают, в частности, медные монеты.
Большую группу сплавов на основе меди составляют латуни, В последнее время в некоторых областях техника медь и её сплавы заменяют другими металлами, прежде всего алюминием.
Оловянные сплавы
Олово входит в состав различных бронз, типографских сплавов, баббитов (подшипниковых сплавов, обладающих способностью хорошо сопротивляться истиранию).
Широко используют в технике и химические соединения олова
Танталовые сплавы
Очень важная область применения тантала — производство жаропрочных сплавов, в которых всё. больше и больше нуждается ракетная а космическая техника. Карбид тантала отличается очень высокой твёрдостью (близкой к твёрдости алмаза), благодаря которой он широко применяется в производстве твёрдых сплавов. При скоростном резании металл настолько разогревается, что стружка приваривается к режущему инструменту — кромка его выкрашивается, ломается. Резцам, изготовленным из твёрдых сплавов на основе карбида тантала, выкрашивание не грозит, и они служат весьма продолжительный срок.
Алюминиевье сплавы
Первые сплав алюминия с медью, магнием, марганцем был создан в 1911 году, который получил название дуралюмина. В 1919 году появились первые самолёта из дуралюмина. С тех пор алюминий навсегда связал свою судьбу с авиацией. Он по праву заслужил репутацию «крылатого металла».
В нашей стране производством алюминиевых сплавов занимался тогда лишь Кольчугинский завод по обработке цветных металлов, который выпускал в небольших количествах кольчуга-люминий — сплав, по составу и свойствам сходный с дуралюмином. Сейчас в нашем стране уже многие предприятия выпускают «крылатый металл», но нужда в нём продолжает расти. Из алюминиевых сплавов была изготовлена оболочка первого советского искусственного спутника Земли.
Из них делают различные детали космической аппаратуры — кронштейны, крепления, шасси, футляры и корпуса для многих инструментов и приборов.
Титановые сплавы.
Не так давно учёные создали удивительный сплав никеля с титаном — «нитинол», который обладает загадочным свойством «помнить» своё прошлое, а точнее говоря, принимать после деформаций и соответствующе! обработки свою прежнюю форму. Сегодня металлургия — один из основных потребителем титана. Можно насчитать сотни марок сталей и сплавов, в состав которых в том или ином количестве входит этот элемент. В нержавеющие стали его вводят для предотвращения межкристаллитной коррозии. В жаростойких высокохромистых сплавах он уменьшает размер зерна, делая структуру металла однородной и мелкокристаллической. В других жаростойких сплавах титан служит упрочняющим элементом.
Кобальтовые сплавы
Кобальтовые сплавы широко применяются в металлообрабатывающей промышленности. Один из лучших стеллитов — так были названы новые сплавы — содержал более 50% кобальта. Производство твёрдых сплавов неуклонно растёт и кобальт играет в них не последнюю роль.
Советскими учёными и инженерами разработан сверхтвёрдый сплав , превосходящий по своим качествам аналогичные зарубежные сплавы. В состав, наряду с карбидом вольфрама, входит кобальт.
В ряде случаев кобальт выступает в союзе с платиной. Из него изготавливают миниатюрные магнитные детали для электрических часов, слуховых аппаратов, датчиков различного назначения.
Кобальтохромовый сплав оказался прекрасным материалом для каркасов зубных протезов: он вдвое прочнее золота, обычно используемого для этой цели и значительно дешевле.
Никелевые сплавы
Важное «занятие» никеля — создание разнообразных сплавов с другими металлами. Учёным удалось получить медноникелевые сплавы, весьма сходные с серебром.
Спустя некоторое время появились мельхиор, альфенад и другие заменители серебра, в состав которых непременно входил никель. Никелевые сплавы быстро завоевали популярность и вошёл в обиход.
Монель-металл, например, успешно трудится в химическом машиностроении, в судостроении. Нихромовые спирали используют в нагревательных приборах, в электропечах сопротивления.
Упругий сплав элинвар — отличный материал для пружин, в частности часовых.
