Сплави на метали. Основните сплави на металите. Свойства на метали и сплави

Металургията в нашия живот играе изключително важна роля. Не, не всички ние принадлежим към славния клас стоманодобива, но ежедневно сме изправени пред метални изделия. Като правило, те са изработени от голямо разнообразие от сплави. Между другото, какво е това?

Основни определения

Като цяло металните сплави са материали, получени чрез топене, при производството на които са използвани два или повече метални елемента (в химически смисъл), както и (по избор) специални добавки. Един от първите материали от този вид е бронз. Състои се от 85% мед и 15% калай (80:20 в случая на звънец). Понастоящем има няколко разновидности на това съединение, в които никакъв калай не присъства. Но те не са толкова чести.

Необходимо е ясно да се разбере, че сплавите на металите в повечето случаи се формират като цяло без съдбата на човека. Факт е, че за да бъдем абсолютно чисти от химическа гледна точка, материалът може да бъде само в лабораторията. Във всеки метал, който се използва в домашна среда, трябва да има следи от друг елемент. Класически пример е златната бижутерия. Във всяка от тях има определена част от медта. Въпреки това, в класическия смисъл, тази дефиниция все още означава комбинация от два или повече метала, която е била целенасочено приета от човека.

Цялата история на човека е отличен пример за това как металните сплави са имали огромно влияние върху развитието на цялата ни цивилизация. Неслучайно дори има дълъг исторически период, който се нарича бронзовата епоха.

Общи характеристики на метални сплави

И сега ние разглеждаме общите свойства на метали и сплави, с които те се характеризират. Много често се срещат в специализирана литература.

Това са качествата, характеризиращи се с метални сплави. Таблицата ще ви помогне да ги разберете.

Подробности за производството

По принцип, понастоящем терминът "сплав" може да се разбира като материал, основан само на един химичен елемент, но "разреден" с цял пакет от добавки. Най-разпространеният метод за тяхното приготвяне, топящ се в течно състояние, се е променил малко от древни времена.

Например анализът на метали и сплави показва, че древните индианци са придобили невероятно ниво на металообработка за времето си. Те дори започнаха да създават сплави с използването на огнеупорен цинк, което е доста трудна и сложна процедура и днес.

Днес широко използвана за тези цели и праховата металургия. Особено често с този метод се третират черни метали и сплави на базата на тях, тъй като в този случай често се изисква максималната евтина цена на процеса и на неговите продукти.

Разпространението на сплави в съвременната индустрия

Трябва да се отбележи, че всички метали, които се използват интензивно от съвременната промишленост, са само сплави. По този начин повече от 90% от цялото произведено желязо в света отива за производството на желязо и различни стомани. Този подход се обяснява с факта, че металните сплави в повечето случаи показват по-добри свойства от техните „предци“.

Така границата на провлачане на чист алуминий е само 35 МРа. Но ако в него се добавят 1,6% мед, магнезий и цинк в съотношение 2,5% и 5,6%, този показател може лесно да надвиши дори 500 МРа. Наред с други неща, можете значително да подобрите свойствата на електрическата проводимост, топлопроводимостта или други. Няма никаква мистерия в това: в сплавите структурата кристална решетка промени, което им позволява да придобият други свойства.

Казано по-просто, количеството на тези материали днес е голямо, но непрекъснато продължава да расте.

Основна информация за класификация

По принцип тук няма особени трудности: съединения, които използват цветни метали и сплави на желязо. По-долу ще анализираме и двете от тези категории на примера на основните типове и ще обсъдим областите на тяхното приложение в съвременната индустрия и в производството.

Станаха

Всички железни съединения, съдържащи до 2% въглерод, се наричат ​​стомани. Ако съставът съдържа хром, ванадий или молибден, те се наричат ​​легирани. Ние се сблъскваме с тези материали постоянно, ежедневно и почасово. Броят на стоманите днес е такъв, че един от изброяването им може да отнеме твърде тънка книга.

Вече казахме това механични свойства на металите сплавите са много различни, но в случая с тези материали дори различни видове стомани често имат противоположни качества, поради което техните сфери на приложение се различават значително.

Ако материалът е по-малък от 0,25% въглерод, той се използва в някои технически конструкции. Ако обаче стоманата има повече от 0,55% въглерод, то тя е идеална за производство на различни висококачествени режещи инструменти, включително резци за стругове, свредла и хирургически консумативи. Но ако говорим за устройства, които се използват за бързо рязане, тогава тяхното производство е изключително легирана стомана.

Чугун

Ако желязната сплав съдържа повече от 3-4% въглерод, тя се нарича чугун. Освен това неговият важен елемент е силиций. Масата на частите и готовите продукти е изработена от чугун. Например, двигателни блокове за автомобили. В случай на висококачествено отливане без кухини и кухини, продуктът има впечатляваща механична якост. Във връзка с това си струва да си припомним поне оръжията от XIV - XV в., Които често устояват на три до четирикратно увеличение на прахообразния заряд.

Разбира се, използването на метали и сплави никога не е било ограничавано единствено до военната индустрия, но често се оказва, че именно тази индустрия постоянно намира нови методи за металообработка, като движи цялата цивилизация напред.

Медни сплави

Най-често този термин се отнася до различни степени на месинг. Това са медни сплави, които съдържат от 5 до 45% цинк. Ако съдържанието му варира между 5-20%, тогава е червен месинг (tompac). Ако материалът вече съдържа 20-36% Zn, то той е жълт месинг.

Тези материали са идеални за производството и формоването на малки части. Малко е известно, но сплавта от мед с силиций се нарича силициев бронз и има голяма механична якост. Разнообразието на фосфора се характеризира с едно и също (5% калай и малко фосфор се добавят към мед). Както и в предишния случай, той се характеризира с висока якост и пружинисти качества, поради което е идеален за производството на мембрани и всякакви видове пружини.

Оловни сплави

Като цяло цветните метали и сплавите са неразривно свързани понятия, тъй като от древни времена хората са в състояние да миришат многокомпонентни материали, които успешно се използват във военните и мирните дела. Това е особено вярно за олово, от което римляните все още са направили водопровод и канализация. Разбира се, те не знаеха за токсичните свойства на този метал, но бяха впечатлени от простотата на обработката му.

Най-известният в момента е обикновен спойка, която е направена от една част от олово и две части от калай. Както подсказва името, той се използва за запояване на части. Използва се в радиотехнически и други технически области. Антимон и олово правят сплави, които се използват за производството на обвивки от различни видове кабели.

Отдавна е известно, че съединенията от този метал с кадмий, бисмут или калай могат да се стопят при приблизително 70 градуса по Целзий. Ето защо днес от тях правят различни предпазители автоматични пожарогасителни системи.

Колкото и странно да изглежда, оловото отдавна е известно на готвачите и ресторантьорите, тъй като често се използва за приготвяне на домакински съдове и прибори. Сплавта, използвана за това, се нарича олово. Съдържа приблизително 85–90% калай. Останалите 10-15% се заемат от олово (стандартна сплав от два метала).

Техници също вероятно са запознати с бабитите. Това са също съединения на основата на олово, които също съдържат калай, както и арсен и антимон. Тези сплави са много отровни, но поради някои специални качества те активно се използват в лагеруващата индустрия.

За леките сплави

Както казахме, свойствата на металите и сплавите са различни, тъй като последните в много случаи имат по-високи характеристики. Това е особено забележимо по отношение на съвременната индустрия. През последните години тя изисква огромно количество леки сплави, които имат повишена механична якост, както и устойчивост на въздействието на неблагоприятни фактори на околната среда и висока температура.

Най-често за производството им се използват алуминий, берилий и магнезий. Съединенията на основата на алуминий и магнезий са особено търсени, тъй като обхватът на възможното им използване е изключително широк.

Алуминиеви сплави

Както казахме, без тях съвременната индустрия е абсолютно невъзможно да си представим. Преценете сами: алуминиевите сплави се използват активно в авиационната, космическата, военната, научната и други индустрии. Без алуминий е невъзможно да си представим производителите на съвременна домашна и мобилна техника, тъй като тялото на този метал все повече се използва от съвременните флагмани на тези индустрии.

Какви са те?

Алуминиевите сплави се разделят веднага на три големи групи:

• Леярни (Al - Si). Те са особено разпространени в автомобилната и военната промишленост.
• Сплави, предназначени за леене (Al - Mg).
• Съединения с висока якост, самоуплътняващи се (Al - Cu).

Предимствата и недостатъците на този материал

Много сплави от този материал са икономични, сравнително евтини и много издръжливи, тъй като не са податливи на корозия. Те се отличават с висока якост в условия на изключително ниски температури (аерокосмическа индустрия) и много прост процес на преработка. Формирането им не изисква особено сложно и скъпо оборудване, тъй като те са относително пластмасови и вискозни (виж таблицата с характеристиките).

Уви, но те също имат своите недостатъци. Така, при температури над 175 ° C, механичните свойства на алуминия и сплавите на базата на него започват бързо да се влошават. Но поради наличието на амалгама на повърхността им (защитен филм от алуминиев хидроксид), те притежават изключителна устойчивост на действието на агресивни химически среди, включително киселини и основи.

Те имат отлична електропроводимост и топлопроводимост, немагнитни. Смята се, че те са абсолютно безвредни за човешкото здраве и затова могат да се използват за производство на ястия и съдове за хранене. Но последните медицински изследователи все още казват, че алуминиевите съединения в някои случаи могат да провокират развитието на болестта на Алцхаймер.

Военните се влюбиха в тези материали, за да не дават искри дори при внезапни механични въздействия и въздействия. В допълнение, те абсорбират ударните товари перфектно. Казано по-просто, някои от тези метални сплави (чийто състав е най-често класифициран) се използват активно за производство на леки доспехи, за да се оборудват с различни БТР, БМП, БРДМ и друго оборудване.

Поради всички тези свойства, сплавите на базата обикновено се използват за производството на бутала за двигатели с вътрешно горене, както и в производството на строителни конструкции (устойчивост на корозия). Алуминий и материали на базата на него се използват широко в производството на рефлектори за концепции за осветление, електрически инсталации, както и за производство на сгради от различно оборудване (немагнитно).

Важно е да се отбележи, че дори теоретично чистият алуминий понякога съдържа значителна смес от желязо. Това може да допринесе за по-висока механична якост на материала, но неговото присъствие прави сплавта на алуминиева основа силно податлива на корозионни процеси. В допълнение, сплавта до голяма степен губи своята пластичност, която също не е много добра в повечето случаи.

Кобалт, хром или манган спомага за отслабване на отрицателния ефект от примесите на желязото. Ако съставът на сплав включва литий, се оказва много издръжлив и еластичен материал. Не е изненадващо, че такава връзка е много популярна в космическата индустрия. Уви, но сплавите на лития с алуминий имат неприятно свойство, което отново се изразява в лоша пластичност.

Нека обобщим някои резултати. Оказва се, че основните сплави на метали в космоса, авиацията и други високотехнологични индустрии са съставени от алуминий. По принцип това е точно начина, по който днес се случва, но често магнезият и неговите сплави се използват в съвременната индустрия.

Магнезиеви сплави

Те имат изключително ниска маса и се характеризират с много впечатляваща сила. В допълнение, тези материали са идеални за леярската промишленост, а заготовките са напълно подходящи за обръщане и фрезоване. Ето защо те се използват активно в производството на ракети и турбини на самолети, кутии за инструменти, дискове за автомобилни колела, както и някои видове бронестомана.

Някои сортове от тези сплави се отличават с отлични вискозни амортисьори, поради което се използват за производство на детайли и конструкции, които трябва да работят в условия на изключително високи нива на вибрации.

Предимства и недостатъци на магнезиевите сплави

Те са доста меки, сравнително добра устойчивост на износване, но се различават не твърде впечатляваща пластичност. От друга страна, те се отличават с отличната си приспособимост към формоването при високи температури, те са идеално приспособени за свързване с всички съществуващи видове заварки и могат да бъдат съединени посредством болтови съединения, занитване и дори залепване.

Уви, всички тези сплави не са особено устойчиви на киселини и основи. Изключително негативно те са засегнати от дълъг престой в морската вода. Магнезиевите сплави обаче са изненадващо стабилни във въздуха, така че много от техните недостатъци могат да бъдат пренебрегнати. Ако е необходимо да се защитят надеждно тези части от действието на корозията, тогава се нанасят хромирани покрития, анодиране или подобни методи.

Те могат да бъдат покрити с никел, мед или хром, предварително потопени в стопилката на химически чист цинк. При такава обработка рязко се повишават индексите на тяхната якост и устойчивост на абразия. Трябва да се припомни, че магнезият е доста активен метал от химическа гледна точка и затова при работа с него е необходимо да се спазват поне основни мерки за безопасност.

Така производството на метали и сплави е ключова характеристика на съвременната индустрия. Всяка година хората измислят все повече и повече начини за производство на нови материали, така че скоро ще получим абсолютно невероятни съединения, които ще комбинират едновременно полезните свойства на няколко групи материали и химични елементи.