При плавлении металлы обычно смешиваются один с другим, образуя сплавы.
Еще в глубокой древности люди заметили, что в большинстве случаев сплавы обладают другими, нередко более полезными для них свойствами, чем составляющие их чистые металлы.
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 |
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
| Легирующий элемент | Особые свойства стали | Изделия, для производства которых используется сталь |
| Хром | Твердость и коррозионная стойкость | Инструменты, резцы, зубила |
| Никель | Вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость | Турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких температурах |
| 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 |
износоустойчивость
Стали — это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности .
В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова.
Дмитрий Константинович Чернов
Русский ученый в области металлургии, основоположник науки о металлах — металловедении. Разработал (1868) наилучшие условия отливки, ковки и термической обработки стали. С тех пор бронзовые артиллерийские орудия были вытеснены стальными.
Аносов Павел Петрович
Горный инженер, металлург. Внес большой вклад в развитие производства стали. Первый исследователь, применивший (1831) микроскоп для изучения структуры стали. Изобрел способ закалки стальных изделий в струе сжатого воздуха. Раскрыл секрет приготовления булатной стали. Получил литую сталь из чугуна, усовершенствовал многие заводские механизмы и печи.
Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.
Бронза — сплав на основе меди с добавкой (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.
Латунь — также медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка. Применяется в моторостроении.
Мельхиор — сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используется для изготовления сравнительно недорогих столовых приборов и художественных изделий.
Дюралюминий (дюраль, дуралюмин) — сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолето- и машиностроении.
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»?
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь – Образовательный форум.
Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве (основной элемент, основа) , например сплавы железа, сплавы алюминия. Элементы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс -легированием.
По характеру металла – основы различают черные сплавы (основа – Fe), цветные сплавы (основа – цветные металлы) , сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. По числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т. д. ; по структуре – на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси) , состоящие из нескольких фаз (последние могут быть стабильными и метастабильными) ; по характерным свойствам – на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие, сплавы со специальными свойствами и другие. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и другим видам обработки давлением) .
Структура и получение. Физико-химической основой создания сплавов являются диаграмма состав-свойства и диаграмма состояния соответствующих систем, позволяющие определять свойства сплавы в условиях их термической обработки. Диаграммы состояния строят на основании экспериментальных данных или расчетным путем с использованием различных термодинамических моделей. В настоящее время в той или иной степени диаграммы состояния известны для большинства имеющих практических значение двойных и тройных систем. Далее.
Владельцы сайта
- Галина Пчёлкина
Обратная связь
Состав и применение некоторых сплавов
Состав некоторых сплавов
Mn – 2, Al – 2, Si – 1, Fe – 0,5, остальное Ni
Pb – 80, Sb – 17, Cu – 1,5
Al – 4,5-5,5, остальное Cu
Be – 2,0-2,5, остальное Cu
Cu – 96-98, Si – 2-3,5
Cu – 89-91, Sn – 9-11
Cu – 93-94, Sn – 6-7, P – 0,3-0,4
Bi – 50, Pb – 25, Sn – 12,5, Cd – 12,5
Al – 93-96, Cu – 3,5-5, Mg – 0,3-1, Mn – 0,3-1
Cu – 57-60, Zn – 40-43
Ni – 39-41, Mn – 0,4-0,6, остальное Cu
Cu – 85, Mn – 11-13, Ni – 2,5-3,5
Ni – 18-20, остальное Cu
Ni – 15, Zn – 20, Cu – 65
Ni – 64-71, Cr – 14-16, Fe – 14-17, Mn – 1-1,8
Sn – 14-90, остальное Pb
Al – 85-90, Si – 10-15
Сплав для дроби
Sb – 0,5-1,5, остальное Pb
C до 2, добавки Si, S, P, O, N до 1, остальное Fe
Твердый сплав “видиа”
Твердый сплав “победит”
Твердый сплав “альфа”
Со – 8, 6 или 8, TiC – 21, 15 или 5, остальное WC
Pb – 75, Sb – 20-24, Sn – 1,8-4,3, Cu – 1
Cu – 89-91, Zn – 9-11
Cr – 9,5, Fe – 0,3, остальное Ni
Хромистая нержавеющая сталь
Cr – 13-30, C до 2, остальное Fe
Важнейшие сплавы металлов: свойства и применение
Al, Mg, Si, Cu, Zn, Mn, Li, Be
Легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность
Конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении и др.; электротехнические устройства и материалы
Hg и другие металлы
В зависимости от соотношения ртути и др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой
Золочение металлических изделий, производство зеркал, стоматология, реактив-восстановитель в химии и металлургии
Mo, Re, Cu, Ni, Ag, оксиды (ThO2), карбиды (TaC) и др.
Пластичность, жаропрочность и высокая термо-эдс
Детали электровакуумных приборов, высокотемпературных термопар, детали двигателей ракет и самолётов
Железоуглеродистые сплавы (чугун, сталь, ферросплавы)
Fe, C, Р , S, Mn, Si, N, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Со , Cu и др .
Механическая прочность, твердость, упругость, коррозионная устойчивость, вязкость и др.
Конструкционные материалы для всех областей техники, технологии, хозяйства, машины, инструмент
Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Sb, Bi, Pb, Hg
Сплав с Ag при 20—40% Ag зеленовато-жёлтый, при 50% Ag — бледно-жёлтый; мягкий и ковкий; сплавы Au с Cu красновато-жёлтые; более твердые и упругие, чем чистое золото
Золочение металлических изделий, изготовление монет, ювелирных изделий, зубных протезов, электрических контактов
Sn, Bi, In, Pb, Cd, Zn, Sb, Ga, Hg и др .
Низкие температуры плавления (не выше 232 °С); при содержании Bi более 55% расширяются при затвердевании
Изготовление припоев, плавких предохранителей в электроаппаратуре, прессформ и моделей для изготовления отливок сложной формы из металлов и пластмасс, металлические замазки
Mg, Al, Zn, Mn, Zr, Th, Li, La, Nd, Y, Ag, Cd, Be
Лёгкость, прочность, коррозионная стойкость
Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок в автомобилестроении, панели, штамповки сложной формы, сварные конструкции
Cu, Zn, Sn, Al, Ni, Be, P
Прочность, высокая электропроводность, коррозионная стойкость, пластичность
Трубы, теплотехническая аппаратура, подшипники, шестерни, втулки, пружины, детали приборов точной механики, термопары, фасонные детали, декоративно-прикладные изделия и скульптура
Ферромагнетизм, высокая пластичность и коррозионная стойкость, отсутствие аллотропических превращений, химическая стойкость
Конструкционные материалы с высокой стойкостью к агрессивным средам, ферромагнитные изделия, магнитострикционные материалы
Sn, Pb, Sb, Cu, Zn, Cd и др.
низкая температура плавления, мягкость, коррозионная стойкость; антифрикционные свойства
Легкоплавкие сплавы (припой, полуда) и подшипниковые материалы (баббит)
Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, Co, Cu, W, Мо
Высокая температура плавления, коррозионная стойкость, механическая прочность, каталитические свойства
изготовление термопар электрических контактов, потенциометров, постоянных магнитов, высокотемпературных припоев, катализаторы, лабораторная посуда
Pb, Fe, Cu, Sb, Sn, Cd, Са, Ca, Mg, Li, К, Na
Прочность, твёрдость, антифрикционные, свойства, низкая температура плавления свинца, коррозионная стойкость, хорошая адгезия со многими металлами и сплавами
Изготовление или облицовка кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов, изготовление оболочек низковольтных и силовых кабелей, припои и полуды, подшипники, типографские сплавы, грузы, балласты, отливка дроби, сердечников пуль, изготовление решёток для свинцовых аккумуляторов
WC, TiC, TaC; связующие металлы: Co, Ni, Mo, сталь
Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость, коррозионная стойкость
Цельнотвердосплавные изделия (инструмент) для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов, для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы
Типографские сплавы (гарт)
низкая температура плавления (240—350 °С), хорошие литейные свойства
изготовления литых стереотипов (полиграфическая промышленность) и элементов набора (шрифты др.).
Al, V, Mo, Mn, Sn, Zr, Cr, Cu, Fe, W, Ni, Si; Nb и Та
Лёгкость, высокая прочность в широком интервале температур от -250 °С до 300-600 °С, коррозионная стойкость
Конструкционные материалы в авиации, ракетостроении, химическая аппаратура
Невысокая температура плавления, легкость обработки давлением и резанием, сварки и пайки, возможность нанесения покрытий электрохимическим и химическим способами, удовлетворительная коррозионная стойкость
Конструкционные и конструкционно-декоративные детали в автомобильной промышленности, электромашиностроении, оргтехнике, вкладыши подшипников, бытовые изделия, сувениры