използват се сплави. Метали и сплави
Метални сплави се наричат сложни по състав вещества, образувани в резултат на взаимодействието на два или повече метала или метали с някои неметали. Химични елементи или техните стабилни съединения, включени в
сплав, обикновено наричани компоненти. Сплавите могат да се състоят от два, три или повече компонента.
Компонентът, който доминира количествено в сплавта, се нарича основен компонент. Компонентите, въведени в сплавта, за да й придадат желаните свойства, се наричат легиране. Наборът от компоненти на сплавта се нарича система.
Сплавите се класифицират според броя на компонентите - на двойни (бинарни), тройни, четвърт и многокомпонентни; по основен елемент - желязо, алуминий, магнезий, титан, мед и др.; по приложение - конструктивни, инструментални, топлоустойчиви, антифрикционни, пружинни, сачмено лагерни и др.; по отношение на плътността - тежки (на базата на волфрам, рений, олово и др.), леки (алуминий, магнезий, берилий и др.); по точка на топене - огнеупорни (сплави на основата на ниобий, молибден, тантал, волфрам и др.), топими (припои, бабити, печатни сплави и др.); според технологията на производство на полуфабрикати и изделия - леярски, деформируеми, синтеровани, гранулирани, композитни и др.
Способността на различните метали да образуват сплави далеч не е еднаква; структурата на сплавите след тяхното втвърдяване също може да бъде много разнообразна.
Металните сплави в течно състояние като правило са хомогенни и представляват една фаза.
фазасе нарича хомогенна част от нехомогенна система, отделена от другите й части чрез интерфейси. При прехода на сплавите от течно към твърдо състояние в тях могат да се образуват няколко фази. След втвърдяване, в зависимост от естеството на компонентите, сплавите могат да се състоят от една, две или повече твърди фази. Възможно е образуването на твърди разтвори, химични съединения и механични смеси, състоящи се от две или повече фази.
твърди разтворинаречени сплави (от два или повече компонента), в които атомите на разтворимия компонент са разположени в кристалната решетка на разтворителния компонент. Когато се образува твърд разтвор, разтворителят е металът, чиято кристална решетка е запазена като основа. Ако и двата метала имат един и същ тип кристални решетки и в резултат на това неограничена взаимна разтворимост в твърдо състояние (те образуват непрекъсната серия от твърди разтвори), тогава разтворителят е този, чиято концентрация в сплавта надвишава 50% (атомна ).
Образуването на непрекъсната серия от твърди разтвори изисква същия тип кристални решетки на компонентите и малка разлика в периодите на кристалните решетки.
Заместващ твърд разтвор се образува чрез заместване на някои от атомите на разтворителя в неговата кристална решетка с атоми на разтворения компонент (фиг. 1.6, а).Тези решения могат да бъдат ограничени и неограничени.
В твърдите разтвори могат да възникнат дифузионни преходи на компоненти от места с по-висока концентрация към места с по-ниска концентрация, докато концентрацията стане еднаква в целия обем. Дифузията в твърдите разтвори обаче протича много по-бавно, отколкото в течните, и нейната скорост намалява с понижаване на температурата.
Има три вида твърди разтвори: заместване, вмъкване и изваждане. Нека разгледаме само първите два вида твърди разтвори, тъй като твърдите разтвори с изваждане са сравнително редки.
Ориз. 1.6.Схема на образуване на твърди разтвори: о - атом на основния метал (разтворител); - разтворен метален атом
Обикновено компоненти, чиито периоди на атомна решетка се различават с не повече от 8%, образуват неограничен диапазон от заместващи твърди разтвори; 8-15% - заместващи твърди разтвори с ограничена взаимна разтворимост; повече от 15% - не образуват твърди разтвори.
Интерстициалните твърди разтвори се образуват чрез поставяне на атомите на разтворения компонент в свободните междини между атомите на кристалната решетка на разтворителя (фиг. 1.6, б).
Химичните съединения се образуват при строго определено количествено съотношение на компонентите на сплавта и се характеризират с кристална решетка, различна от решетките на изходните компоненти. Химичните съединения, като правило, имат характерни физични и механични свойства: висока твърдост, повишена крехкост, високо електрическо съпротивление.
Химичните съединения в сплавите се образуват между метали (интерметални съединения), както и между метали и неметали. Някои съединения на метали с неметали (карбиди, нитриди, оксиди, фосфиди и др.) са получили самостоятелно приложение в технологиите.
Механичните смеси се образуват с едновременното утаяване на кристали от съставните му компоненти от течната стопилка по време на нейното охлаждане (евтектични смеси). В кристалите, които са част от механичната смес, се запазва кристалната решетка на изходните компоненти на сплавта. Механичните смеси могат да се състоят от чисти компоненти, твърди разтвори, химични съединения и др.
Фазовото правило (законът на Гибс) установява количествена връзка между броя на степените на свобода, броя на фазите и броя на компонентите. Броят на степените на свобода на една система се разбира като броя на независимите външни (температура, налягане) и вътрешни (концентрация) променливи, които могат да бъдат произволно променяни, без да се променя броят на фазите в системата.
За метални сплави под постоянно налягане променливите са температура и концентрация. В този случай фазовото правило приема следната форма:
където C е броят на степените на свобода; ДА СЕ-брой компоненти на системата;
Ф -брой фази.
По време на кристализацията на чист метал системата се състои от един компонент (K= 1), твърда и течна фази (Ф = 2). При постоянно налягане такава система е инвариантна (броят на степените на свобода е равен на нула) и температурата в нея не може да се променя произволно, без да се променя броят на фазите.
За чист разтопен метал (К = 1, f = 1, C= 1) системата е едновариантна, т.е. когато температурата се промени, равновесието на системата не се нарушава.
- Тези разпоредби не са безусловни. Например в системата селен-телур (разликата в периодите е 17%) се образуват неограничен брой твърди разтвори. Има и други изключения.
Съдържанието на статията
СПЛАВИ,материали с метални свойства и състоящи се от два или повече химични елемента, от които поне един е метал. Много метални сплави имат един метал като основа с малки добавки от други елементи. Най-често срещаният начин за получаване на сплави е втвърдяването на хомогенна смес от техните разтопени компоненти. Има и други методи на производство, като праховата металургия. По принцип е трудно да се направи ясна граница между метали и сплави, тъй като дори най-чистите метали съдържат "следи" от примеси на други елементи. Под метални сплави обаче обикновено се разбират материали, получени целенасочено чрез добавяне на други компоненти към основния метал.
Почти всички метали с индустриално значение се използват под формата на сплави ( см. раздел. 12). Така например почти целият претопен чугун се използва за производството на обикновени и легирани стомани, както и на чугуни. Факт е, че легирането с определени компоненти може значително да подобри свойствата на много метали. Ако за чист алуминий границата на провлачване е само 35 MPa, тогава за алуминий, съдържащ 1,6% мед, 2,5% магнезий и 5,6% цинк, тя може да надвишава 500 MPa. По същия начин могат да се подобрят електрическите, магнитните и топлинните свойства. Тези подобрения се определят от структурата на сплавта - разпределението и структурата на нейните кристали и вида на връзките между атомите в кристалите.
Много метали, например магнезият, се произвеждат с висока чистота, така че съставът на сплавите, направени от него, може да бъде точно известен. Броят на използваните днес метални сплави е много голям и непрекъснато нараства. Те обикновено се разделят на две големи категории: сплави на основата на желязо и сплави от цветни метали. Най-важните сплави са изброени по-долу. индустриална стойности са посочени основните области на тяхното приложение.
Стомана.
Сплави на желязо с въглерод, съдържащ до 2% от него, се наричат стомани. Съставът на легираните стомани включва и други елементи - хром, ванадий, никел. Стоманите се произвеждат много повече от всички други метали и сплави и би било трудно да се изброят всички видове възможни приложения. Меката стомана (по-малко от 0,25% въглерод) се използва в големи количества като конструктивен материал, докато стоманата с по-високо съдържание на въглерод (повече от 0,55%) се използва за направата на нискоскоростни режещи инструменти като бръснарски ножчета и свредла. Легираните стомани се използват в машиностроенето от всякакъв вид и в производството на високоскоростни инструменти.
Излято желязо.
Чугунът е сплав от желязо с 2-4% въглерод. Силицият също е важен компонент на чугуна. Голямо разнообразие от много полезни продукти могат да бъдат отлети от чугун, като капаци на шахти, тръбни фитинги, двигателни блокове. При правилно направени отливки, добре механични свойстваматериал.
Сплави на базата на мед.
По принцип това е месинг, т.е. медни сплави, съдържащи от 5 до 45% цинк. Месингът със съдържание на цинк от 5 до 20% се нарича червен (томпак), а със съдържание на Zn 20–36% - жълт (алфа-месинг). Месингът се използва при производството на различни малки части, където се изисква добра обработваемост и формоспособност. Сплави на мед с калай, силиций, алуминий или берилий се наричат бронз. Например сплав от мед и силиций се нарича силициев бронз. Фосфорният бронз (мед с 5% калай и следи от фосфор) има висока якост и се използва за направата на пружини и мембрани.
оловни сплави.
Обикновената спойка (третник) е сплав от около една част олово към две части калай. Намира широко приложение за свързване (запояване) на тръбопроводи и електрически проводници. Обвивките на телефонните кабели и плочите на батериите са направени от сплави на антимон и олово. Сплавите на олово с кадмий, калай и бисмут могат да имат точка на топене доста под точката на кипене на водата (~ 70° C); те се използват за направата на стопяеми вентилни тапи за спринклерни противопожарни системи за водоснабдяване. Калайът, от който преди това са били отляти прибори за хранене (вилици, ножове, чинии), съдържа 85–90% калай (останалото е олово). Базираните на олово лагерни сплави, наречени бабити, обикновено съдържат калай, антимон и арсен.
леки сплави.
Съвременната индустрия се нуждае от високоякостни леки сплави с добри механични свойства при висока температура. Основните метали на леките сплави са алуминий, магнезий, титан и берилий. Сплавите на базата на алуминий и магнезий обаче не могат да се използват при висока температура и агресивна среда.
алуминиеви сплави.
Те включват лети сплави (Al-Si), сплави за леене под налягане (Al-Mg) и високоякостни самовтвърдяващи се сплави (Al-Cu). Алуминиевите сплави са икономични, лесно достъпни, здрави при ниски температури и лесно се обработват (лесно се коват, щамповат, подходящи са за дълбоко изтегляне, изтегляне, екструдиране, леене, добре се заваряват и обработват на металорежещи машини). За съжаление, механичните свойства на всички алуминиеви сплави започват забележимо да се влошават при температури над около 175 ° C. Но поради образуването на защитен оксиден филм, те показват добра устойчивост на корозия в повечето често срещани корозивни среди. Тези сплави провеждат добре електричество и топлина, са силно отразяващи, немагнитни, безвредни при контакт с храна (тъй като продуктите от корозия са безцветни, безвкусни и нетоксични), взривозащитени (тъй като не произвеждат искри) и абсорбират удари зарежда добре. Благодарение на тази комбинация от свойства алуминиевите сплави служат като добри материали за леки бутала, използват се в автомобилостроенето, автомобилостроенето и самолетостроенето, в Хранително-вкусовата промишленост, като архитектурни и довършителни материали, при производството на осветителни рефлектори, технологични и битови кабелни канали, при полагане на електропроводи за високо напрежение.
Примесите от желязо, от които е трудно да се отървете, увеличават якостта на алуминия при високи температури, но намаляват устойчивостта на корозия и пластичността при стайна температура. Кобалтът, хромът и манганът отслабват ефекта на крехкост на желязото и повишават устойчивостта на корозия. Когато литият се добави към алуминия, модулът на еластичност и якост се увеличават, което прави такава сплав много привлекателна за космическата индустрия. За съжаление, въпреки отличното съотношение на якост към тегло (специфична якост), алуминиево-литиеви сплави имат слаба пластичност.
магнезиеви сплави.
Магнезиевите сплави са леки, имат висока специфична якост, добри леярски свойства и отлична обработваемост. Поради това те се използват за производство на части за ракетни и авиационни двигатели, корпуси за автомобилна техника, колела, газови резервоари, преносими маси и др. Някои магнезиеви сплави, които имат висок коефициент на вискозно затихване, се използват при производството на движещи се части на машини и конструктивни елементи, работещи в условия на нежелани вибрации.
Магнезиевите сплави са доста меки, издържат слабо на износване и не са много пластични. Лесно се оформят при повишени температури, подходящи са за електродъгово, газово и съпротивително заваряване, а също така могат да се свързват чрез запояване (твърдо), болтове, нитове и лепила. Такива сплави не са особено устойчиви на корозия към повечето киселини, прясна и солена вода, но са стабилни на въздух. Обикновено са защитени от корозия чрез повърхностно покритие - хромиране, обработка с дихромат, анодиране. Магнезиевите сплави могат също да бъдат изсветлени или покрити с мед, никел и хром чрез предварително покритие с потапяне в разтопен цинк. Анодирането на магнезиевите сплави повишава тяхната повърхностна твърдост и устойчивост на абразия. Магнезият е химически активен метал и затова е необходимо да се вземат мерки за предотвратяване на запалването на чипове и заварени части от магнезиеви сплави.
титанови сплави.
Титановите сплави превъзхождат както алуминия, така и магнезия по отношение на якост на опън и модул на еластичност. Тяхната плътност е по-голяма от всички останали леки сплави, но по специфична якост отстъпват само на берилия. С достатъчно ниско съдържание на въглерод, кислород и азот, те са доста пластични. Електропроводимостта и топлопроводимостта на титановите сплави са ниски, те са устойчиви на износване и абразия и тяхната якост на умора е много по-висока от тази на магнезиевите сплави. Якостта на пълзене на някои титанови сплави при умерени напрежения (от порядъка на 90 MPa) остава задоволителна до около 600°C, което е доста над температурата, разрешена както за алуминиеви, така и за магнезиеви сплави. Титановите сплави са достатъчно устойчиви на действието на хидроксиди, солеви разтвори, азотна и някои други активни киселини, но не са много устойчиви на действието на халогеноводородна, сярна и ортофосфорна киселина.
Титанови сплави се коват до температури около 1150°C. Те позволяват електродъгово заваряване в атмосфера на инертен газ (аргон или хелий), точково и ролково (шевно) заваряване. Те не са много податливи на рязане (изземване режещ инструмент). Топенето на титанови сплави трябва да се извършва във вакуум или контролирана атмосфера, за да се избегне замърсяване с кислородни или азотни примеси, които причиняват крехкост. Титановите сплави се използват в авиационната и космическата промишленост за производство на части, работещи при повишени температури (150–430 ° C), както и в някои химически апарати със специално предназначение. Титан-ванадиевите сплави се използват за направата на лека броня за кабините на бойните самолети. Титан-алуминиево-ванадиевата сплав е основната титаниева сплав за реактивни двигатели и корпуси на самолети.
В табл. 3 показва характеристиките на специалните сплави, а в табл. 4 показва основните елементи, добавени към алуминия, магнезия и титана, като показва получените свойства.
берилиеви сплави.
Плавна берилиева сплав може да се получи, например, чрез разпръскване на крехки зърна берилий в мека, пластична матрица като сребро. Възможно е да се донесе сплавта от този състав чрез студено валцуване до дебелина 17% от оригинала. Берилият превъзхожда всички известни метали по специфична якост. В комбинация с ниската си плътност това прави берилия подходящ за устройства за насочване на ракети. Модулът на еластичност на берилия е по-голям от този на стоманата и берилиевите бронзи се използват за направата на пружини и електрически контакти. Чистият берилий се използва като модератор на неутрони и отражател в ядрени реактори. Благодарение на образуването на защитни оксидни слоеве, той е стабилен на въздух при високи температури. Основната трудност, свързана с берилия, е неговата токсичност. Може да причини сериозни респираторни проблеми и дерматит. Вижте същоКОРОЗИЯ НА МЕТАЛИ и изделия върху отделни метали.
| Таблица 1. НЯКОИ ВАЖНИ СПЛАВИ (състав и механични свойства) | |||||
| Типични механични свойства | |||||
| Сплави | Състав (основни елементи,%) | състояние | Граница на провлачване (деформация 0,2%), MPa | Якост на опън, MPa | Удължение (по дължината 5 cm), % |
| Алуминий | |||||
| 3003 | 1,2 Mn, 98,8 Al | Закален | 40 | 110 | 30 |
| Студено валцувани 1 | 186 | 200 | 4 | ||
| 2017 | 4,0 Cu, 0,5 Mn, 0,5 Mg, 95 Al | Закален | 69 | 179 | 22 |
| Термично обработен 2 | 275 | 427 | 22 | ||
| 5052 | 2.5 Mg, 0.25 Cr, 97.25 Al | Закален | 90 | 193 | 25 |
| Студено валцувани 1 | 255 | 290 | 7 | ||
| 6053 | 1,3 Mg, 0,7 Si, 0,25 Cr, 97,75 Al | Закален | 55 | 110 | 35 |
| Термично обработен 3 | 220 | 255 | 15 | ||
| Алклед 2024 г | Ядро: 2024 (4,5 Cu, 0,60 Mn, 1,5 Mg, 94,4 Al). Покритие: 99.75Al | Закален | 76 | 179 | 20 |
| Термично обработен 3 | 310 | 448 | 18 | ||
| Термично обработен 4 | 365 | 462 | 11 | ||
| 7075 | 5.6 Zn, 2.1 Cu, 3.0 Mg, 0.3 Cr, 89.0 Al | Закален | 100 | 228 | 17 |
| Термично обработен 3 | 517 | 572 | 11 | ||
| 13 | 12–13 Si, 87–88 Al | Отливка | 145 | 296 | 2,5 |
| 43 | 5,3 Si, 94,7 Al | Излят в пясък форма | 55 | 130 | 8 |
| Отливка | 110 | 228 | 9 | ||
| 214 | 4 Mg, 96 Al | Излят в пясък форма | 82 | 170 | 9 |
| Мед | |||||
| Червен месинг | 85 Cu, 15 Zn | Закален | 100 | 310 | 43 |
| Студено валцувани 1 | 450 | 550 | 4 | ||
| Патрон месинг | 69 Cu, 31 Zn | Закален | 100 | 317 | 58 |
| Студено валцувани 1 | 450 | 586 | 10 | ||
| Жълт месинг (висок) | 65 Cu, 35 Zn | Закален | 100 | 310 | 60 |
| Студено валцувани 1 | 480 | 620 | 5 | ||
| Адмиралтейски месинг | 70 Cu, 29 Zn, 1 Sn | Закален | 124 | 365 | 60 |
| Студено валцувани 1 | 676 | 689 | 3 | ||
| Корабостроителен месинг | 60 Cu, 39 Zn, 0,75 Sn, 0,25 Pb | Закален | 100 | 372 | 40 |
| Студено валцувани 1 | 270 | 427 | 30 | ||
| Muntz метал | 60 Cu, 40 Zn | Закален | 100 | 393 | 48 |
| Студено валцувани 1 | 410 | 552 | 9 | ||
| алуминиев бронз | 92 Cu, 8 Al | Закален | 206 | 524 | 55 |
| Студено валцувани 1 | 689 | 924 | 13 | ||
| манганов бронз | 68 Cu, 29 Zn, 1 Fe, 1 Mn, 1 Al | Закален | 172 | 414 | 45 |
| Студено валцувани 1 | 344 | 586 | 20 | ||
| Фосфорен бронз | 95 Cu, 5 Sn, следи от P | Закален | 124 | 310 | 50 |
| Студено валцувани 1 | 517 | 620 | 4 | ||
| силициев бронз | 96 Cu, 3 Si, останалите Mn, Sn, Ni или Zn | Закален | 150 | 379 | 35 |
| Студено валцувани 1 | 620 | 758 | 5 | ||
| берилиев бронз | 97,6 Cu, 2,05 Be, 0,35 Ni или 0,25 Co | Закален | 210 | 483 | 42 |
| Студено валцувани 5 | 1100 | 1310 | 2 | ||
| Никелово сребро | 60 Cu, 20 Zn, 20 Ni | Закален | 138 | 310 | 35 |
| Студено валцувани 1 | 517 | 620 | 3 | ||
| Мелхиор | 70 Cu, 30 Ni | Закален | 228 | 440 | 35 |
| студено валцувани | 503 | 552 | 5 | ||
| Магнезий | |||||
| AZ92 (daumetal C) |
9 Al, 2 Zn, 0,1 Mn, 88,9 Mg | Излят в пясък форма 3 | 150 | 275 | 3 |
| AZ90 (daumetal R) |
9 Al, 0,6 Zn, 0,2 Mn, 90,2 Mg | Отливка | 150 | 228 | 3 |
| AZ 80X (daumetal 01) | 8,5 Al, 0,5 Zn, 0,2 Mn, 90,8 Mg | екструдиран | 228 | 338 | 11 |
| никел | |||||
| Монел метал | 67 Ni, 30 Cu, 1,4 Fe, 1 Mn | Закален | 240 | 517 | 40 |
| Студено валцувани 1 | 689 | 758 | 5 | ||
| Инконел | 77.1 Ni, 15 Cr, 7 Fe | Закален | 241 | 586 | 45 |
| Студено валцувани 1 | 758 | 930 | 5 | ||
| желязо | |||||
| ковано желязо | 2,5 шлаки, останалите в осн. Fe | горещо валцувани | 206 | 330 | 30 |
| Технически чисто желязо | 99,9 Fe | Закален | 130 | 260 | 45 |
| Въглеродна стомана SAE 1020 | 0,2 С, 0,25 Si, 0,45 Mn, 99,1 Fe | Закален | 276 | 414 | 35 |
| Лята въглеродна стомана | 0,3 С, 0,4 Si, 0,7 Mn, 98,6 Fe | гласове 6 | 276 | 496 | 26 |
| Актьори 7 | 414 | 620 | 25 | ||
| Тип 302 неръждаема стомана | 18Cr, 8Ni, 0.1C, 73.9Fe | Закален | 207 | 620 | 55 |
| Тип 420 неръждаема стомана | 13Cr, 0.35C, 86.65Fe | Закален | 414 | 676 | 28 |
| топлинно обработен | 1380 | 1724 | 8 | ||
| Излято желязо | 3,4 С, 1,8 Si, 0,5 Mn, 94,3 Fe | гласове | - | 174 | 0,5 |
| Нитенсил | 2,7 C, 1,8 Si, 0,8 Mn, 2,3 Ni, 0,3 Cr, 92,1 Fe | Актьори 8 | 278 | 552 | - |
| Нирезист тип 2 | 2,8 C, 1,8 Si, 1,3 Mn, 20 Ni, 2,5 Cr, 71,6 Fe | гласове | - | 207 | 2 |
| Нихард | 2,7 C, 0,6 Si, 0,5 Mn, 4,5 Ni, 1,5 Cr, 90,2 Fe | Излят в пясък форма | - | 379 | - |
| Изсипете в охладена форма | - | 517 | - | ||
| 1 Оставете за макс. твърдост. 2 Топлинна обработка за твърд разтвор. 3 Топлинна обработка за твърд разтвор и стареене. 4 Термична обработка на разтвора, стареене и закаляване при работа. 5 Оставете за макс. твърдост и стареене. 6 Леене и отгряване. 7 Леене, закаляване във вода, отвръщане от 677 ° C. 8 Леене и термична обработка. | |||||
| Таблица 2. НЯКОИ ВАЖНИ СПЛАВИ (Физични свойства, характеристики и приложения) | |||||||||||
| Физични свойства | |||||||||||
| Сплави | Плътност | Точка на топене (диапазон), °С | коеф. топлинно разширение (0–100° С), 10 –6 /К |
Топлопроводимост (0–100° С), 10 6 W/(mChK) | Специфични електро- устойчивост (0°C), 10–9 OmChm |
Модул на опън, 10 3 MPa | Функция и приложение | ||||
| Алуминий | |||||||||||
| 3003 | 2,73 | 645–655 | 22,9 | 8,32 6,70 |
98,9 125 |
68,9 | Пластмаса и лек материал. Резервоари, тръби, нитове и др. | ||||
| 2017 | 2,79 | 535–640 | 23,2 | 7,41 5,23 |
111 169 |
71,7 | Авиостроенето и други отрасли на техниката, където се изисква висока специфична якост | ||||
| 5052 | 2,67 | 590–650 | 23,6 | 6,00 | 144 | 70,3 | Добра здравина, лек, устойчив на корозия материал | ||||
| 6053 | 2,69 | 580–650 | 23,2 | 7,41 6,70 |
111 125 |
69,0 | Един и същ | ||||
| 2024 | - | 500–640 | 23,0 | - | - | - | По-силен от 2017 г | ||||
| 7075 | 2,80 | 480–640 | 23,2 | 5,23 | 169 | 71,7 | Надминава 2024 по сила. | ||||
| 13 | 2,66 | 576–620 | 19,8 | 6,14 | 140 | 71,0 | Добри леярски свойства. Отличен материал за трудни отливки | ||||
| 43 | 2,66 | 576–630 | 22,0 | 6,32 6,32 |
136 122 |
71,0 71,0 |
Добри леярски свойства, газонепропусклив материал Сплав за леене с общо предназначение | ||||
| 214 | 2,63 | 580–640 | 23,8 | 5,98 | 144 | 71,0 | Добри механични свойства. Отлична устойчивост на корозия. Кухненски и млечни прибори | ||||
| Мед | |||||||||||
| Червен месинг | 8,75 | 1023 | 17,6 | 6,85 | 143 | 103 | Устойчив на корозия. Водопроводи, фитинги | ||||
| Патрон месинг | 8,50 | 938 | 20,0 | 5,17 | 204 | 97 | Гилзи и други продукти за дълбоко изтегляне | ||||
| Жълт месинг (висок) | 8,47 | 932 | 18,9 | 5,17 | 204 | 97 | Месинг за обща употреба. Добри механични характеристики. | ||||
| Адмиралтейски месинг | 8,54 | 934 | 18,4 | 4,73 | 214 | 103 | Устойчив на корозия. Кондензаторни тръби | ||||
| Корабостроителен месинг | 8,42 | 885 | 20,1 | 5,00 | 214 | 103 | Устойчив на солена вода. Корабостроене | ||||
| Muntz метал | 8,40 | 904 | 19,4 | 5,42 | 184 | 90 | Добри свойства при висока температура и устойчивост на корозия | ||||
| алуминиев бронз | 7,78 | 1040 | 16,6 | 3,00 | 357 | 103 | Високоякостна сплав, устойчива на корозия. Витла, зъбни колела | ||||
| манганов бронз | 8,36 | 896 | 20,1 | 4,36 | 214 | 103 | Повишена сила. Фитинги за тръби | ||||
| Фосфорен бронз | 8,86 | 1050 | 16,9 | 3,52 | 290 | 103 | Висока якост на умора. Пружини, мембрани | ||||
| силициев бронз | 8,54 | 1018 | 17,1 | 1,40 | 816 | 103 | Висока якост и устойчивост на умора, устойчивост на корозия | ||||
| берилиев бронз | 8,23 | 954 | 16,6 | 4,00 | - | - | Изключително висока якост на умора. Пружини, мембрани | ||||
| Никелово сребро | 8,75 | 1110 | 16,2 | 1,45 | 893 | 128 | Устойчив на корозия бял метал. Основен материал за сребърни съдове | ||||
| Мелхиор | 8,94 | 1227 | 15,3 | 1,25 | 1122 | 139 | Устойчивост на корозия. Кондензаторни тръби, тръбопроводи за солена вода | ||||
| Магнезий | |||||||||||
| AZ 92 (daumetal C) | 1,82 | 599 | 25,2 | 2,89 | 490 | 44,8 | Лека сплав за пясъчно леене и множество форми | ||||
| AZ 90 (daumetal R) | 1,81 | 604 | 25,2 | 2,98 | 520 | 44,8 | Отливка под налягане от лека сплав | ||||
| AZ 80X (daumetal 01) | 1,80 | 610 | 25,2 | 3,30 | 444 | 44,8 | Лека сплав за екструдиране | ||||
| никел | |||||||||||
| Монел метал | 8,84 | 1299–1349 | 14,0 | 1,12 | 1480 | 179 | Устойчив на корозия. Кухненско и болнично оборудване | ||||
| Инконел | 8,51 | 1393–1427 | 11,5 | 0,64 | 3000 | 214 | Устойчива на топлина и корозия сплав | ||||
| желязо | |||||||||||
СПЛАВИ
материали с метални свойства и състоящи се от два или повече химични елемента, от които поне един е метал. Много метални сплави имат един метал като основа с малки добавки от други елементи. Най-често срещаният начин за получаване на сплави е втвърдяването на хомогенна смес от техните разтопени компоненти. Има и други методи на производство - например праховата металургия. По принцип е трудно да се направи ясна граница между метали и сплави, тъй като дори най-чистите метали съдържат "следи" от примеси на други елементи. Под метални сплави обаче обикновено се разбират материали, получени целенасочено чрез добавяне на други компоненти към основния метал. Почти всички метали с индустриално значение се използват под формата на сплави (виж таблици 1, 2). Така например почти целият претопен чугун се използва за производството на обикновени и легирани стомани, както и на чугуни. Факт е, че легирането с определени компоненти може значително да подобри свойствата на много метали. Ако за чист алуминий границата на провлачване е само 35 MPa, тогава за алуминий, съдържащ 1,6% мед, 2,5% магнезий и 5,6% цинк, тя може да надвишава 500 MPa. По същия начин могат да се подобрят електрическите, магнитните и топлинните свойства. Тези подобрения се определят от структурата на сплавта - разпределението и структурата на нейните кристали и вида на връзките между атомите в кристалите.
Вижте също
НАУКА ЗА МЕТАЛИ, ФИЗИКА;
ХИМИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ. Много метали, например магнезият, се произвеждат с висока чистота, така че съставът на сплавите, направени от него, може да бъде точно известен. Броят на използваните днес метални сплави е много голям и непрекъснато нараства. Те обикновено се разделят на две големи категории: сплави на основата на желязо и сплави от цветни метали. Най-важните сплави с индустриално значение са изброени по-долу и са посочени основните им области на приложение.
Стомана.Сплави на желязо с въглерод, съдържащ до 2% от него, се наричат стомани. Легираните стомани съдържат и други елементи - хром, ванадий, никел. Стоманите се произвеждат много повече от всички други метали и сплави и би било трудно да се изброят всички видове възможни приложения. Меката стомана (по-малко от 0,25% въглерод) се използва в големи количества като конструктивен материал, докато стоманата с по-високо съдържание на въглерод (повече от 0,55%) се използва за направата на нискоскоростни режещи инструменти като бръснарски ножчета и свредла. Легираните стомани се използват в машиностроенето от всякакъв вид и в производството на високоскоростни инструменти.
Вижте същоМЕТАЛОРЕЗАЩИ МАШИНИ.
Излято желязо.Чугунът е сплав от желязо с 2-4% въглерод. Силицият също е важен компонент на чугуна. Голямо разнообразие от много полезни продукти могат да бъдат отлети от чугун, като капаци на шахти, тръбни фитинги, двигателни блокове. При правилно изработени отливки се постигат добри механични свойства на материала.
Вижте същоМЕТАЛИ ЧЕРНИ.
Сплави на базата на мед.По принцип това е месинг, т.е. медни сплави, съдържащи от 5 до 45% цинк. Месингът със съдържание на цинк от 5 до 20% се нарича червен (томпак), а със съдържание на Zn 20-36% - жълт (алфа-месинг). Месингът се използва при производството на различни малки части, където се изисква добра обработваемост и формоспособност. Сплави на мед с калай, силиций, алуминий или берилий се наричат бронз. Например сплав от мед и силиций се нарича силициев бронз. Фосфорният бронз (мед с 5% калай и следи от фосфор) има висока якост и се използва за направата на пружини и мембрани.
оловни сплави.Обикновената спойка (третник) е сплав от около една част олово към две части калай. Намира широко приложение за свързване (запояване) на тръбопроводи и електрически проводници. Обвивките на телефонните кабели и плочите на батериите са направени от сплави на антимон и олово. Сплавите на олово с кадмий, калай и бисмут могат да имат точка на топене доста под точката на кипене на водата (СПЛАВИ 70° C); те се използват за направата на стопяеми вентилни тапи за спринклерни противопожарни системи за водоснабдяване. Калайът, от който преди това са били отляти прибори за хранене (вилици, ножове, чинии), съдържа 85-90% калай (останалото е олово). Базираните на олово лагерни сплави, наречени бабити, обикновено съдържат калай, антимон и арсен.
леки сплави.Съвременната индустрия се нуждае от високоякостни леки сплави с добри механични свойства при висока температура. Основните метали на леките сплави са алуминий, магнезий, титан и берилий. Сплавите на базата на алуминий и магнезий обаче не могат да се използват при висока температура и агресивна среда.
алуминиеви сплави.Те включват лети сплави (Al - Si), сплави за леене под налягане (Al - Mg) и високоякостни самовтвърдяващи се сплави (Al - Cu). Алуминиевите сплави са икономични, лесно достъпни, здрави при ниски температури и лесно се обработват (лесно се коват, щамповат, подходящи са за дълбоко изтегляне, изтегляне, екструдиране, леене, добре се заваряват и обработват на металорежещи машини). За съжаление, механичните свойства на всички алуминиеви сплави започват забележимо да се влошават при температури над около 175 ° C. Но поради образуването на защитен оксиден филм, те показват добра устойчивост на корозия в повечето често срещани корозивни среди. Тези сплави провеждат добре електричество и топлина, са силно отразяващи, немагнитни, безвредни при контакт с храна (тъй като продуктите от корозия са безцветни, безвкусни и нетоксични), взривозащитени (тъй като не произвеждат искри) и абсорбират удари зарежда добре. Благодарение на тази комбинация от свойства, алуминиевите сплави служат като добри материали за леки бутала, се използват в автомобилостроенето, автомобилостроенето и самолетостроенето, в хранително-вкусовата промишленост, като архитектурни и довършителни материали, в производството на осветителни рефлектори, технологични и битови кабелни канали , при полагане на електропроводи за високо напрежение. Примесите от желязо, от които е трудно да се отървете, увеличават якостта на алуминия при високи температури, но намаляват устойчивостта на корозия и пластичността при стайна температура. Кобалтът, хромът и манганът отслабват ефекта на крехкост на желязото и повишават устойчивостта на корозия. Когато литият се добави към алуминия, модулът на еластичност и якост се увеличават, което прави такава сплав много привлекателна за космическата индустрия. За съжаление, въпреки отличното съотношение на якост към тегло (специфична якост), алуминиево-литиеви сплави имат слаба пластичност.
магнезиеви сплави.Магнезиевите сплави са леки, имат висока специфична якост, добри леярски свойства и отлична обработваемост. Поради това те се използват за производство на части за ракетни и авиационни двигатели, корпуси за автомобилна техника, колела, газови резервоари, преносими маси и др. Някои магнезиеви сплави, които имат висок коефициент на вискозно затихване, се използват при производството на движещи се части на машини и конструктивни елементи, работещи в условия на нежелани вибрации. Магнезиевите сплави са доста меки, издържат слабо на износване и не са много пластични. Лесно се оформят при повишени температури, подходящи са за електродъгово, газово и съпротивително заваряване, а също така могат да се свързват чрез запояване (твърдо), болтове, нитове и лепила. Такива сплави не са особено устойчиви на корозия към повечето киселини, прясна и солена вода, но са стабилни на въздух. Обикновено са защитени от корозия чрез повърхностно покритие - хромиране, обработка с дихромат, анодиране. Магнезиевите сплави могат също да бъдат изсветлени или покрити с мед, никел и хром чрез предварително покритие с потапяне в разтопен цинк. Анодирането на магнезиевите сплави повишава тяхната повърхностна твърдост и устойчивост на абразия. Магнезият е химически активен метал и затова е необходимо да се вземат мерки за предотвратяване на запалването на чипове и заварени части от магнезиеви сплави.
Вижте същоЗАВАРЯВАНЕ.
титанови сплави.Титановите сплави превъзхождат както алуминия, така и магнезия по отношение на якост на опън и модул на еластичност. Тяхната плътност е по-голяма от всички останали леки сплави, но по специфична якост отстъпват само на берилия. С достатъчно ниско съдържание на въглерод, кислород и азот, те са доста пластични. Електропроводимостта и топлопроводимостта на титановите сплави са ниски, те са устойчиви на износване и абразия и тяхната якост на умора е много по-висока от тази на магнезиевите сплави. Якостта на пълзене на някои титанови сплави при умерени напрежения (от порядъка на 90 MPa) остава задоволителна до около 600°C, което е доста над температурата, разрешена както за алуминиеви, така и за магнезиеви сплави. Титановите сплави са достатъчно устойчиви на действието на хидроксиди, солеви разтвори, азотна и някои други активни киселини, но не са много устойчиви на действието на халогеноводородна, сярна и ортофосфорна киселина. Титанови сплави се коват до температури около 1150°C. Те позволяват електродъгово заваряване в атмосфера на инертен газ (аргон или хелий), точково и ролково (шевно) заваряване. Те не са много податливи на рязане (захващане на режещия инструмент). Топенето на титанови сплави трябва да се извършва във вакуум или контролирана атмосфера, за да се избегне замърсяване с кислородни или азотни примеси, които причиняват крехкост. Титановите сплави се използват в авиационната и космическата промишленост за производство на части, работещи при повишени температури (150-430 ° C), както и в някои химически апарати със специално предназначение. Титан-ванадиевите сплави се използват за направата на лека броня за кабините на бойните самолети. Титан-алуминиево-ванадиевата сплав е основната титаниева сплав за реактивни двигатели и корпуси на самолети. В табл. 3 показва характеристиките на специалните сплави, а в табл. 4 показва основните елементи, добавени към алуминия, магнезия и титана, като показва получените свойства.
берилиеви сплави.Плавна берилиева сплав може да се получи, например, чрез разпръскване на крехки зърна берилий в мека, пластична матрица като сребро. Възможно е да се донесе сплавта от този състав чрез студено валцуване до дебелина 17% от оригинала. Берилият превъзхожда всички известни метали по специфична якост. В комбинация с ниската си плътност това прави берилия подходящ за устройства за насочване на ракети. Модулът на еластичност на берилия е по-голям от този на стоманата и берилиевите бронзи се използват за направата на пружини и електрически контакти. Чистият берилий се използва като модератор на неутрони и отражател в ядрени реактори. Благодарение на образуването на защитни оксидни слоеве, той е стабилен на въздух при високи температури. Основната трудност, свързана с берилия, е неговата токсичност. Може да причини сериозни респираторни проблеми и дерматит.
Вижте същоКОРОЗИЯ НА МЕТАЛИ и изделия върху отделни метали.
ЛИТЕРАТУРА
Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металургия на черни метали. М., 1987
Фазови диаграми в сплави. М., 1986
Юдкин В.С. Производство и леене на цветни сплави. М., 1967-1971
Вагнер К. Термодинамика на сплавите. М., 1957
Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .
Вижте какво е "СПЛАВИ" в други речници:
СПЛАВИ- СПЛАВИ, втвърдени разтвори на метали един в друг. Поради появата на редица нови свойства в S., които липсват в чистите метали, включени в техния състав, S. са широко разпространени и използвани в технологията. При топене на метали ... ... Голяма медицинска енциклопедия
Метални, макроскопични хомогенни системи, състоящи се от два (например месинг) или повече метали (по-рядко метали и неметали, например стомана) с характерни метални свойства. В широк смисъл сплавите са всякакви хомогенни системи, ... ... Съвременна енциклопедия
СПЛАВИ, материали, които са комбинация от два или повече метала. Свойствата на сплавта се различават от свойствата на оригиналните елементи. Сплавите обикновено са по-твърди и здрави и имат по-ниска точка на топене. Комбинации с най-ниска точка ... ... Научно-технически енциклопедичен речник
Макроскопски хомогенни във VA, получени чрез сливане на два или повече метали, неметали, оксиди, органични. в и др. Особено важна роля в техниката играят металните. S. (основният вид структурни материали). В общия случай С. не са ... ... Физическа енциклопедия
СПЛАВИ- макроскопски хомогенни вещества, образувани в резултат на охлаждане и втвърдяване на високотемпературни течни системи, състоящи се от два или повече компонента (химически индивидуални вещества), както и получени по метода (виж). ОТ.…… Голяма политехническа енциклопедия
Метални макроскопични хомогенни системи, състоящи се от два или повече метала (рядко метали и неметали), с характерни метални свойства. В широк смисъл сплавите са всякакви хомогенни системи, получени чрез топене ... ... Голям енциклопедичен речник
I Метални сплави, метални сплави, твърди и течни системи, образувани главно от сливането на два или повече метала (вижте Метали), както и метали с различни неметали. Терминът "S." първоначално се отнася до материали ... Велика съветска енциклопедия
Сплави- хомогенни системи от два или повече елемента, които преминават от течно към твърдо агрегатно състояние и имат характерни метални свойства. Първите сплави са били естествено легирани, техният състав и свойства ... ... Енциклопедичен речник по металургия
Макроскопични хомогенни системи, състоящи се от два или повече метала (рядко метали и неметали) с характерен метал. св. ти. В по-широк смисъл В. всяка хомогенна система, получена чрез сливане на метали, неметали, неорг. Връзка ... Химическа енциклопедия
- (хим.). Доскоро нямаше точни и правилни идеи за природата на S. и те, заедно с разтвори, стъкла и изоморфни смеси, принадлежаха към класа на неопределените химични съединения. Към момента е ясно... Енциклопедичен речник F.A. Brockhaus и I.A. Ефрон
В неговия Ежедневиетозаобиколен от различни метали. Повечето от артикулите, които използваме, съдържат тези химикали. Всичко това се случи, защото хората намериха различни начини за получаване на метали.
Какво представляват металите
С тези ценни за хората вещества се занимава неорганичната химия. Получаването на метали позволява на човек да създава все по-съвършени технологии, които подобряват живота ни. Какво са те? Преди да разгледаме общите методи за получаване на метали, е необходимо да разберем какви са те. Металите са група химични елементи под формата на прости вещества с характерни свойства:
Топлинна и електропроводимост;
Висока пластичност;
Блясък.
Човек може лесно да ги различи от други вещества. Характерна особеност на всички метали е наличието на специален блясък. Получава се чрез отразяване на падащи светлинни лъчи върху повърхност, която не ги пропуска. Блясъкът е общо свойство на всички метали, но е най-силно изразен при среброто.
Към днешна дата учените са открили 96 такива химични елемента, но не всички от тях са признати от официалната наука. Те се разделят на групи в зависимост от техните характерни свойства. Така се разграничават следните метали:
Алкални - 6;
Алкалоземни - 6;
Преходни - 38;
Бели дробове - 11;
Полуметали - 7;
Лантаниди - 14;
Актиниди - 14.
Получаване на метали
За да се направи сплав, е необходимо преди всичко да се получи метал от естествена руда. Природните елементи са онези вещества, които се срещат в природата в свободно състояние. Те включват платина, злато, калай, живак. Те се отделят от примесите механично или с помощта на химически реагенти.
Други метали се добиват чрез обработка на техните съединения. Те се намират в различни вкаменелости. Рудата е минерали и скали, които включват метални съединения под формата на оксиди, карбонати или сулфиди. За получаването им се използва химическа обработка.
Възстановяване на оксиди с въглища;
Получаване на калай от калаен камък;
Изгаряне на серни съединения в специални пещи.
За да се улесни извличането на метали от рудните скали, към тях се добавят различни вещества, наречени флюси. Те помагат за премахване на нежелани примеси като глина, варовик, пясък. В резултат на този процес се получават нискотопими съединения, наречени шлаки.
При наличие на значително количество примеси, рудата се обогатява преди топенето на метала, като се премахват голяма част от ненужните компоненти. Най-широко използваните методи за това лечение са флотационният, магнитният и гравитационният метод.
алкални метали
Масовото производство на алкални метали е по-сложен процес. Това се дължи на факта, че те се срещат в природата само под формата на химични съединения. Тъй като те са редуциращи агенти, производството им е съпроводено с високи енергийни разходи. Има няколко начина за извличане на алкални метали:
Литият може да се получи от неговия оксид във вакуум или чрез електролиза на неговата хлоридна стопилка, която се образува при обработката на сподумен.
Натрият се извлича чрез калциниране на сода с въглища в плътно затворени тигли или чрез електролиза на хлоридна стопилка с добавяне на калций. Първият метод е най-трудоемък.
Калият се получава чрез електролиза на стопилка от неговите соли или чрез преминаване на натриеви пари през неговия хлорид. Образува се и при взаимодействие на разтопен калиев хидроксид и течен натрий при температура 440°C.
Цезият и рубидият се добиват чрез редуциране на техните хлориди с калций при 700-800°C или цирконий при 650°C. Получаването на алкални метали по този начин е изключително енергоемко и скъпо.
Разлики между метали и сплави
На практика няма фундаментално ясна граница между металите и техните сплави, тъй като дори най-чистите, най-простите вещества имат известна част от примеси. И така, каква е разликата между тях? Почти всички метали, използвани в промишлеността и в други сектори на националната икономика, се използват под формата на сплави, получени целенасочено чрез добавяне на други компоненти към основния химичен елемент.
Сплави
Техниката изисква разнообразие от метални материали. В същото време чистите химически елементи практически не се използват, тъй като нямат свойствата, необходими за хората. За нашите нужди сме измислили различни начини за получаване на сплави. Този термин се отнася до макроскопски хомогенен материал, който се състои от 2 или повече химични елемента. В този случай металните компоненти преобладават в сплавта. Това вещество има своя собствена структура. В сплавите се разграничават следните компоненти:
Основа, състояща се от един или повече метали;
Малки добавки на модифициращи и легиращи елементи;
Неотстранени примеси (технологични, природни, случайни).
Именно металните сплави са основният конструктивен материал. Има повече от 5000 от тях в областта на технологиите.
Въпреки такова разнообразие от сплави, тези на базата на желязо и алуминий са от най-голямо значение за хората. Те са най-често срещаните в ежедневието. Видовете сплави са различни. Освен това те са разделени по няколко критерия. Затова се използват различни методи за производство на сплави. Според този критерий те се разделят на:
Отливки, които се получават чрез кристализация на стопилката от смесени компоненти.
Прах, създаден чрез пресоване на смес от прахове и последващо синтероване при висока температура. Освен това често компонентите на такива сплави са не само прости химически елементи, но и техните различни съединения, като титанови или волфрамови карбиди в твърди сплави. Добавянето им в определени количества променя материалите.
Методите за получаване на сплави под формата на готов продукт или заготовка се разделят на:
Леярство (силумин, чугун);
Деформируеми (стомани);
Прах (титан, волфрам).
Видове сплави
Методите за получаване на метали са различни, докато материалите, направени благодарение на тях, имат различни свойства. В твърдо агрегатно състояние сплавите са:
Хомогенна (хомогенна), състояща се от кристали от същия тип. Те често се наричат еднофазни.
Хетерогенен (хетерогенен), наречен многофазен. Когато се получат, за основа на сплавта се взема твърд разтвор (матрична фаза). Съставът на разнородните вещества от този тип зависи от състава на неговите химични елементи. Такива сплави могат да съдържат следните компоненти: твърди разтвори на интерстициал и заместване, химични съединения (карбиди, интерметалиди, нитриди), кристалити на прости вещества.
Свойства на сплавта
Независимо от методите за получаване на метали и сплави, техните свойства се определят изцяло от кристалната структура на фазите и микроструктурата на тези материали. Всеки от тях е различен. Макроскопичните свойства на сплавите зависят от тяхната микроструктура. Във всеки случай те се различават от характеристиките на техните фази, които зависят единствено от кристалната структура на материала. Макроскопичната хомогенност на хетерогенните (многофазни) сплави се получава в резултат на равномерното разпределение на фазите в металната матрица.
Най-важното свойство на сплавите е заваряемостта. В противен случай те са идентични с металите. И така, сплавите имат топло- и електрическа проводимост, пластичност и отразяваща способност (блясък).
Разновидности на сплави
Различни методи за получаване на сплави позволиха на човека да изобрети голям брой метални материали с различни свойства и характеристики. Според предназначението си те се разделят на следните групи:
Структурни (стомана, дуралуминий, чугун). Тази група включва и сплави със специални свойства. Така че те се отличават с присъща безопасност или антифрикционни свойства. Те включват месинг и бронз.
За изливане на лагери (бабит).
За електрическо отопление и измервателна техника (нихром, манганин).
За производство на режещи инструменти (ще спечели).
В производството хората използват и други видове метални материали, като нискотопими, топлоустойчиви, устойчиви на корозия и аморфни сплави. Магнитите и термоелектриците (телуриди и селениди на бисмут, олово, антимон и др.) също са широко използвани.
Железни сплави
Почти цялото желязо, което се топи на Земята, е насочено към производството на просто желязо.Използва се и в производството на чугун. Желязните сплави са придобили своята популярност поради факта, че имат свойства, които са полезни за хората. Те са получени чрез добавяне на различни компоненти към прост химичен елемент. Така че, въпреки факта, че различни железни сплави се правят на базата на едно вещество, стоманите и чугуните имат различни свойства. В резултат на това те намират различни приложения. Повечето стомани са по-твърди от чугуна. Различните методи за получаване на тези метали позволяват да се получат различни степени (марки) на тези железни сплави.
Подобряване на свойствата на сплавта
Чрез сливане на определени метали и други химически елементи могат да се получат материали с подобрени характеристики. Например, чистият алуминий е 35 MPa. При получаване на сплав от този метал с мед (1,6%), цинк (5,6%), магнезий (2,5%), тази цифра надвишава 500 MPa.
Чрез комбиниране на различни химически вещества в различни пропорции могат да се получат метални материали с подобрени магнитни, топлинни или електрически свойства. Основната роля в този процес играе структурата на сплавта, която е разпределението на нейните кристали и вида на връзките между атомите.
Стомани и чугуни
Тези сплави се получават от въглерод (2%). При производството на легирани материали към тях се добавят никел, хром и ванадий. Всички обикновени стомани са разделени на видове:
Ниско въглерод (0,25% въглерод) се използва за производството на различни конструкции;
Високовъглеродният (повече от 0,55%) е предназначен за производството на режещи инструменти.
Различни степени на легирани стомани се използват в машиностроенето и други продукти.
Сплав от желязо с въглерод, чийто процент е 2-4%, се нарича чугун. Този материал съдържа и силиций. От чугун се отливат различни продукти с добри механични свойства.
Цветни метали
В допълнение към желязото, други химични елементи се използват за производството на различни метални материали. В резултат на комбинирането им се получават сплави от цветни метали. В живота на хората материали, базирани на:
Мед, наречена месинг. Съдържат 5-45% цинк. Ако съдържанието му е 5-20%, тогава месингът се нарича червен, а ако 20-36% - жълт. Има сплави на мед със силиций, калай, берилий, алуминий. Те се наричат бронзови. Има няколко вида такива сплави.
Олово, което е обикновен припой (tretnik). В тази сплав 2 части калай се падат на 1 част от този химикал. При производството на лагери се използва бабит, който е сплав от олово, калай, арсен и антимон.
Алуминий, титан, магнезий и берилий, които са леки цветни сплави с висока якост и отлични механични свойства.
Как да получите
Основните методи за получаване на метали и сплави:
Леярна, в която се извършва втвърдяването на различни разтопени компоненти. За получаване на сплави се използват пирометалургични и електрометалургични методи за получаване на метали. В първия вариант топлинната енергия, получена в процеса на изгаряне на горивото, се използва за загряване на суровината. Пирометалургичният метод произвежда стомана в мартенови пещи и чугун в доменни пещи. При електрометалургичния метод суровините се нагряват в индукционни или електродъгови пещи. В същото време суровината се разпада много бързо.
Прах, в който праховете на неговите компоненти се използват за направата на сплавта. Благодарение на пресоването им се дава определена форма и след това се синтероват в специални пещи.
Всяко производство, от голямо до гаражно, се занимава с метални сплави, а не с чисти метали (чистите метали се използват само в ядрената индустрия). В крайна сметка дори широко разпространената стомана е сплав, която съдържа до два процента въглерод, но тези нюанси ще бъдат разгледани по-подробно по-долу. Тази статия ще опише повечето от сплавите, тяхното производство, основни и полезни свойства, приложения и много други нюанси.
Тази статия е за метални сплави и няма да навлезем дълбоко в джунглата на науката за материалите и да опишем абсолютно всички сплави, а това е нереалистично в рамките на една статия. В края на краищата, ако се задълбочите в тази тема и докоснете поне мнозинството, тогава можете да разтегнете статията в огромно платно. Тук ще бъдат описани най-популярните сплави от гледна точка на автомобилната и мотоциклетната индустрия (според тематиката на сайта), но други аспекти на индустрията ще бъдат леко засегнати.
Но освен сплавите, все пак трябва да напишете няколко думи за самите метали или по-скоро за тяхното невероятно свойство, благодарение на което се появиха различни сплави. А основното свойство на металите е, че образуват сплави, както с други метали, така и с неметали.
Самата концепция за сплав изобщо не е задължително химично съединение, тъй като уникалните свойства на кристалната решетка се крият във факта, че някои от атомите на един метал са заменени с атоми на друг метал или две кристални решетки, тъй като са били, са вградени един в друг.
И в същото време, като че ли, се получават неправилни сплави, но най-изненадващото е, че тези неправилни сплави по отношение на техните свойства се получават много по-добре от чистите метали. Освен това, чрез експериментиране и манипулиране с добавки, на изхода можете да получите материали (сплави) с необходимите и полезни качества.
Трябва да се отбележи, че според технологията на приложение всички сплави са разделени на две големи групи. Първата група са ковани сплави, от които много части се изработват чрез механична обработка: коване, щамповане, рязане и др. И втората група сплави са леярски и части се получават от тях чрез леене в матрици.
Първата група сплави има такива свойства като добра пластичност в твърда форма и висока якост, но леярските качества на първата група не са високи. Втората група, напротив, има отлични свойства за леене, те запълват добре формата по време на леене, но когато се втвърдят, тяхната здравина оставя много да се желае.
Какво е сила? - това ценно свойство се оценява по различни параметри, от които има повече от десет, но най-ценното свойство е якостта на опън на сплавта. От научна гледна точка, това е напрежението на сплавта (измерено в N / m², добре или в kg / mm²), което съответства на най-голямото натоварване, предхождащо началото на разрушаването на тестовата част, спрямо първоначалното напречно сечение площта на частта.
И сега, казано на по-прост език: вземаме специално изработена част (според стандарта за изпитване) от изпитваната сплав и я фиксираме в специална машина, разтягаме я, като постепенно увеличаваме натоварването, докато частта се разруши ( счупва се).
Е, приложената сила (която се контролира от устройства и която е приложена към частта точно в момента, преди да се счупи), разделена на площта на напречното сечение на частта, и показва нейната якост на опън (и, разбира се, якостта на опън на сплавта, от която е направена изпитваната част).
Най-често срещаните метали на нашата планета (и, разбира се, сплавите, получени на тяхна основа) са желязо, алуминий, магнезий и, колкото и да е странно за мнозина, титан. Всички тези метали в чист вид не се използват в технологиите, но техните сплави, напротив, са много разпространени.
Желязо и метални сплави на негова основа.
Металното желязо е "хлябът" на цялата световна индустрия. В края на краищата повечето от сплавите, използвани в световната индустрия (повече от деветдесет процента), използват железни сплави. Освен това много важна добавка към желязото изобщо не е добавянето на метал, а на неметал - въглерод.
Ако към желязото се добавят не повече от два процента въглерод, тогава получаваме най-търсената сплав (сплав номер едно) - това е стоманата. Е, ако съдържанието на въглерод в желязна сплав е повече от два процента (от два до пет), тогава получаваме чугун, който също е най-важният материал в световната индустрия. Нека сега се спрем по-подробно на железните сплави.
Стомана.
Сплав от желязо и въглерод, която съдържа не повече от два процента въглерод. Освен това съдържа примеси от силиций, манган, фосфор, сяра и др. Както бе споменато по-горе, това е най-важната сплав за промишлеността, тъй като има отлична ковкост и доста висока якост.
Независимо коя част от кола, мотоциклет или оборудване (във завод или в обикновен гараж) не бихме погледнали, навсякъде ще видим наличието на стоманени части. Същите елементи на окачването на автомобили и мотоциклети, елементи на каросерията на автомобили, рамки, волани, окачване и теглич на повечето мотоциклети, вътрешни части или, да, много повече, вариращи от най-сложните части на различно оборудване до обикновени болтове и гайки.
Якостта на опън е от 30 до 115 kg / mm² - това е за въглеродна стомана, добре, якостта на опън за легирана стомана достига 165 kg / mm².
Легираната стомана се получава чрез добавяне, в допълнение към въглерода, също и на различни легиращи елементи, които добавят различни важни и полезни свойства на стоманата.
- Например добавянето на манган повишава устойчивостта на стоманата на ударни натоварвания и добавя твърдост.
- Добавянето на никел подобрява устойчивостта на корозия и пластичността и добавя здравина.
- Ванадият повишава устойчивостта на ударни натоварвания, абразия (намалява коефициента на триене) и също така добавя здравина към стоманата.
- Хромът в състава на стоманата също повишава устойчивостта на корозия и здравината.
Е, с добавянето на хром и молибден в определени пропорции се получава най-издръжливата и гъвкава хром-молибденова стомана, която се използва за производството на критични части, например за производството на рамки за спортни автомобили и мотоциклети.
Е, върхът на металургичната еволюция беше легендарната най-здрава стомана "chromansil" (хром-силициево-манганова стомана) с най-висока якост на опън.
И въпреки че най-новите технологиине стои неподвижно и сега, в допълнение към хром-молибденови и алуминиеви рамки, рамки вече се правят (по-точно залепени заедно) от композитни материали (същия въглерод, кевлар и др.), но все пак стоманени рамки, в допълнение на силата си, също са значително по-евтини и затова се използват все още. Е, мисля, че повечето вътрешни части на двигатели, скоростни кутии и оборудване (машини) ще бъдат направени от стомана още дълго време.
Далеч не всички компоненти бяха изброени по-горе, добавянето на които може значително да подобри свойствата на стоманата и с умел подход ще направи възможно постигането на желаното и важни качествастоманени части, работещи при различни условия.
В допълнение към много предимства, основните от които са здравина и ковкост, стоманата има и недостатъци. Първият от тях е доста високата цена и ограниченията върху заваряемостта на легираните стомани (те използват сложна технология за заваряване), тъй като обикновените легиращи елементи „изпаряват“ и значително намаляват якостта на заваръчния шев.
Е, за повечето стомани (с изключение на неръждаемите стомани), друг значителен недостатък е ниската устойчивост на корозия, въпреки че отново, с правилното добавяне на необходимите елементи, устойчивостта на корозия може да бъде значително увеличена.
Стоманата от различни степени се произвежда под формата на валцувани продукти: ленти, ленти, листове, пръти (кръгли и шестоъгълни), профилен материал, тръби, тел и др.
По предназначение стоманата се разделя на конструктивна, инструментална и специална:
- Конструкцията съдържа до 0,7 процента въглерод и от нея се изработват части от машини, оборудване, различни инструменти и устройства.
- Инструменталната стомана съдържа 0,7 до 1,7 процента въглерод и обикновено се използва за направата на различни инструменти.
- Специалните стомани са топлоустойчиви стомани, неръждаеми стомани, немагнитни стомани и други стомани със специални свойства.
По качество обикновената качествена стомана, висококачествената и висококачествената стомана се разделят:
Въглеродна конструкционна стомана с обикновено качествосъдържа от 0,08 до 0,63 процента въглерод. Съдържанието на въглерод във всеки клас на тази стомана, като правило, не се поддържа точно и класът се определя от механичните свойства на тази стомана.
Листовият и лентовият материал е изработен от стомана № 1, както и различни уплътнения, нитове, шайби, резервоари и др. А от стомана № 2 правят дръжки, бримки, куки, болтове, гайки и др. По правило строителните конструкции се изработват от стомана № 3 и № 4, а от стомана № 7 се правят шпонки, гърбични съединители, клинове, шини, пружини, които след това се термично обработват.
Въглеродна структурна качествена стоманасъдържа до 0,2 процента въглерод и от него се изработват детайли, към които се предявяват повишени изисквания към механичните им свойства и към термично обработените детайли. Тази стомана има клас от № 8 до стомана № 70. И числото показва приблизително средното съдържание на въглерод в стотни от процента.
Тази стомана е доста пластична и вискозна и благодарение на това е отлично щампована и заварена. И при производството на части, работещи с ударни натоварвания или подложени на триене, такива части от тази стомана се циментират. А стоманата със съдържание на въглерод над 0,3 процента не се циментира.
Гайките, болтовете, шпилките и шайбите (за критични конструкции) са изработени от стоманени марки St 30 или 35, а валовете, съединителите, втулките и други подобни части са изработени от стомана 45, които са подложени на термична обработка (закаляване и темпериране). Е, от издръжливи и твърди стоманени класове St 50, 55 и 60 се правят зъбни колела, зъбни колела (зъбни колела), свързващи пръти, пружини и други части, които също се подлагат на термична обработка.
Въглеродна структурна качествена стомана с високо съдържание на манган, което увеличава твърдостта и здравината, се произвежда в класове от 15G, 20G, 30G и до 70G или класове с номер 2: 10G2, 30G2 и до 50G2. Е, цифрата пред буквата G отново показва средния процент на въглерод (в стотни от процента). Буквата G означава, че манганът в тази стомана е около 1 процент, а ако буквата G е последвана от числото 2, тогава съдържанието на манган в такава стомана е около 2 процента.
Циментираните части са направени от стомани 10G2, 15G и 20G, мотовилките на двигателя и осите на вагоните са направени от стомана 45G2, а пружините на клапаните на двигателя са направени от стомана 65G.
От конструкционна легирана стоманаизработват машинни части, които трябва да имат по-голяма якост, киселинна устойчивост, твърдост (дори при силно нагряване) и други качества, които се постигат чрез добавяне на легиращи компоненти.
Двуцифреното число в началото на марката стомана показва процентното съдържание на въглерод в стотни. А буквите по-долу показват легиращата добавка: H - никел, X-хром, C - силиций, B - волфрам, K - кобалт, T - титан, M - молибден, G - манган, Yu - алуминий, D - мед .. ..
- Добавянето на хром допринася за увеличаване на твърдостта и здравината на стоманата (както и устойчивостта на корозия), като същевременно поддържа достатъчна якост на стоманата. Зъбни колела (зъбни колела), колянови валове, червяци и други детайли са изработени от хромирани стомани. Ако стоманата съдържа до 14 процента хром, тогава тя перфектно издържа на корозия. Такава стомана се използва за направата на контролно-измервателни и медицински инструменти. Е, ако процентът на хром е повече от 17 процента, тогава такава стомана става киселинно устойчива и неръждаема.
- Добавянето на никел увеличава якостта на стоманата и също така повишава устойчивостта на корозия, както и прави стоманата по-пластична (по-малко крехка).
- Добавянето на силиций увеличава якостта и еластичността на стоманата и затова се добавя към пружинната стомана.Ако стоманата съдържа значително съдържание на силиций и хром, тогава такава стомана се нарича силихром и има висока устойчивост на топлина. Клапаните на двигателя са изработени от silchrome стомана.
- Добавянето на молибден и волфрам увеличава твърдостта и здравината на стоманата и тези качества се запазват дори при доста високи температури, поради което режещите инструменти се правят от такава стомана.
Цифрите зад буквата показват процентното съдържание на легиращия компонент. Ако зад буквата няма цифри, тогава легиращият компонент се съдържа в стоманата само около 1 процент. Ако буквата А е в края на маркировката, тогава тази стомана е с високо качество.
Конструкционната стомана се произвежда под формата на листове, ленти и ленти, тръби с различна дебелина, както и пръти (кръгли, квадратни и шестоъгълни) под формата на различни греди, които имат различни сечения (тройник, I-лъч, ъгъл, канал и др.).
От въглеродна инструментална стомана се изработват различни инструменти за металообработване: длета, чукове, остриета, пили, централни щанци, щифтове, свредла, гаечни ключове, втулкови глави и различни други инструменти.
Излято желязо.
Както бе споменато по-горе, ако съдържанието на въглерод в метална сплав (по-точно желязо) съдържа от два до пет процента, тогава такъв материал е чугун. В допълнение към въглерода към чугуна се добавят примеси от фосфор, силиций, сяра и други компоненти. Чугунът със специални примеси (хром, никел и др.), Които придават специални свойства на чугуна, се нарича легиран. Точката на топене на чугуна е 1100 - 1200 градуса.
Леярското желязо е сиво, бяло, пластично и ковко.
- Сивият чугун съдържа въглерод под формата на ламеларен графит (и част от цементит) и има относително ниска твърдост и крехкост и лесно се обработва. Но поради ниската цена и отличните свойства на леене, различни колони, плочи, машинни легла, корпуси на електродвигатели, шайби, маховици, зъбни колела, отоплителни радиатори и много други детайли се изливат от сив чугун. Сивият чугун се обозначава с буквите SCH и две двуцифрени числа. Например, класът сив чугун SCh21-40 има якост на опън от 210 MN / m² (или 21 kgf / mm²), а при огъване якостта е 400 Mn / m² (или 40 kgf / mm²).
- Бял чугун - съдържа целия въглерод под формата на цементит и това придава на белия чугун голяма твърдост, но също така и крехкост и този чугун е труден за обработка.
- Ковък чугунсъдържа въглерод под формата на включвания на нодуларен свободен графит (с добавка на цементит) и това придава на сферографитен чугун по-голяма якост от описания по-горе сив чугун. Якостта на този чугун се увеличава чрез добавяне на легиращи компоненти като никел, хром, молибден и титан. Но сферографитът се обработва по-трудно от сивия чугун. От този чугун се отливат критични части: блокове, глави, втулки, бутала и цилиндри на двигатели, компресори, зъбни колела и други части на машини и съоръжения. Този чугун е маркиран с две букви HF и две цифри. Например, марката VCh40-10 показва, че е чугун с висока якост, с якост на опън от 400 Mn / m² (или 40 kgf / mm²) с относително удължение от 10 процента.
- Ковък чугун се получава чрез дълготрайно изчакване на заготовки (отливки) от бял чугун при висока температура, което допринася за изгарянето на част от въглерода и прехода на останалата част към графит. В същото време ковкият чугун получава полезни качества: относително висока устойчивост на огъване, добра обработваемост и по-ниска плътност. От сферографитен чугун се изработват части от механизми, работещи в условия на повишено напрежение и ударни натоварвания, както и работещи при високо налягане на пара, вода и газове. Произвеждат картери за задни мостове и скоростни кутии на автомобили, кутии за промишлено оборудване, спирачни дискове, апарати и клапани, клапани за подаване на вода, патронници и планшайби за стругове и други части. Ковкият чугун се обозначава с буквите КЧ и две цифри. Например, буквите и цифрите от клас KCh45-6 означават, че такъв чугун е ковък и има якост на опън от 450 Mn / m² (или 45 kgf / mm²) с относително удължение от 6 процента.
Той е често срещан в промишлеността (особено в машиностроителната индустрия) не по-малко от стоманата и неговата евтиност (в края на краищата това е най-евтиният структурен материал) вероятно е един от основните фактори за неговата популярност.
В допълнение, чугунът, в допълнение към своите недостатъци, има доста полезни свойства. Чугунът идеално запълва различни форми, но един от основните му недостатъци е неговата крехкост. Но въпреки ниската якост, чугунът отдавна се използва в двигателостроенето. Не толкова отдавна блоковете на двигателя, частите на картера, картерите на различни скоростни кутии, цилиндровите втулки, главите на блока на двигателя и буталата бяха отляти от чугун.
Между другото, ще се откъсна от темата: чугунените бутала, за разлика от алуминиевите, имат същия коефициент на разширение като чугунната втулка и следователно празнината между буталото и цилиндъра може да бъде минимална и това помага за увеличаване на мощността и други полезни свойства. Разбира се, алуминиевите бутала са значително по-леки от чугунените и се държат по-добре при високи скорости и в никелиран алуминиев блок, но все пак е за предпочитане да се правят бутала на различни компресори от чугун.
Е, и още нещо, въпреки факта, че сега се произвеждат никелирани алуминиеви блокове за модерни машини, много фабрики все още изливат чугунени блокове. В крайна сметка, ако добавите малко графит към чугуна, можете значително да намалите коефициента на триене на буталото върху втулката.
Но все пак чугунените двигателни блокове постепенно се заменят с леки сплави, особено блоковете на мотоциклетните двигатели. И всичко това се дължи на факта, че чугунът има друг значителен недостатък - той е доста тежък. И следователно блоковете (и цилиндрите) на двигателите на спортните автомобили и мотоциклетите са отляти от алуминий от двадесетте години на миналия век (за алуминия по-долу).
Отначало те направиха алуминиеви блокове и цилиндри с чугунена втулка, след това изоставиха чугунената втулка и сега започнаха да покриват стените на цилиндрите с различни твърди и устойчиви на износване галванични покрития, първо хром, след това никасил, след това още сложни металокерамични състави, най-модерният от които е керонитът, за който писах повече.
Но все пак чугунът все още се използва (особено в машиностроителната индустрия) и особено ковкият чугун. В крайна сметка ковкият чугун е по-пластичен от обикновения и по-здрав. Якостта на опън на сферографитен чугун е от 30 до 60 kg / mm² и това позволява да се използва не само в машиностроенето, но и за производство на части за машини и мотоциклети, тъй като спирачните дискове все още са изработени от сферографитен чугун.
Е, някои марки чугун все още се използват за производството на колянови валове на двигатели (например в), както и за производството, не забравяйте, че когато се добави графит, чугунените пръстени имат нисък коефициент на триене и това е важно за всеки двигател. Е, още нещо: мнозина вероятно знаят, че чугунената глава на двигателя (въпреки по-голямото си тегло) е по-малко податлива на деформация от по-леката алуминиева глава.
И все пак, за доста дълго време, чугунът ще бъде материал номер две (след стоманата) в почти всяка тежка индустрия.
Цветни метали и метални сплави.
Въпреки факта, че темата на статията е метални сплави, определено трябва да се споменат цветните метали, на базата на които се получават повечето сплави. Цветните метали включват почти всички метали с изключение на желязото. И те се делят на:
- светлина: рубидий, литий, натрий, калий, натрий, церий, берилий, калций, магнезий, титан и алуминий.
- тежки: олово, цинк, мед, кобалт, никел, манган, калай, антимон, хром, бисмут, арсен и живак.
- благородни: платина, злато, сребро, паладий, родий, иридий, окций, рутений.
- редки: молибден, волфрам, ванадий, тантал, телур, селен, индий, цезий, германий, цирконий и др.
Но ако започнете да описвате всичко, тогава, както беше споменато в началото на статията, то ще се превърне в огромно платно. И по-долу ще бъдат описани само тези метали и техните сплави, които са най-разпространени и използвани в автомобилната и мото индустрията.
Алуминий.
Както много хора знаят, желязото е известно на човечеството от няколко хиляди години, но алуминият се използва само от няколкостотин години. И най-интересното е, че първоначално алуминият се е смятал за бижутерски материал, а технологиите за добиването и производството му са били толкова скъпи, че е смятан едва ли не за по-скъп от среброто.
Много хора знаят историята за това как определен владетел, след като получил изработена и полирана от него алуминиева чаша от бижутер, бил толкова поразен от красотата на този метал и изделията от него, че започнал да се тревожи за своите сребърни запаси и за това, че среброто му ще се обезцени благодарение на алуминия. От това бедният бижутер бил екзекутиран, а бокалът бил надеждно скрит.
И вероятно този бял метал и неговите сплави щяха да останат материал за бижута, ако не беше развитието на авиацията. В края на краищата, рано или късно първият самолети, изработени от дърво, трябваше да докажат своята крехкост, което се случи и тогава инженерите сериозно се заеха с подобряването на добива на алуминий.
И си струваше да опитате, защото този структурен материал е три пъти по-лек от стоманата. Плътността на алуминиевите сплави варира от 2,6 до 2,85 g/cm² (в зависимост от състава). Разбира се, инженерите първоначално се сблъскаха с факта, че механичните свойства на алуминия не са никак високи, тъй като якостта на опън дори за лятите алуминиеви сплави е само от 15 до 35 kg / mm², а за кованите сплави от 20 до 50 kg / mm² и само за най-скъпите и многокомпонентни сплави якостта достига 65 kg / mm².
И ако го сравним със стомана, тогава на пръв поглед ще изглежда, че няма никаква печалба: алуминият е три пъти по-лек от стоманата, но и три пъти по-слаб. Но никой не отмени законите за якост на материалите и те се превърнаха в спасение за инженерите, защото твърдостта на конструктивната част зависи не само от здравината на материала, от който е направена, но и от неговата геометрична форма и размери.
И в крайна сметка стана ясно, че алуминиева част със същото тегло като стоманена е много по-твърда на усукване и огъване. Е, ако показателите за твърдост на стоманената и алуминиевата част са еднакви, тогава алуминиевата част все още ще бъде по-лека, което е необходимо за авиацията и не само за нея.
И след Първата световна война алуминиевите сплави започнаха да завладяват световната индустрия. Разбира се, в началото алуминият се изля в авиационната индустрия (корпуси, крила на самолети), по-късно от него се изляха картери, бутала и не само за двигатели на самолети, но и за автомобили и мотоциклети. И дори по-късно те започнаха да леят цилиндрови глави и самите цилиндри или двигателни блокове за почти всички превозни средства.
Между другото, въпросът не се ограничава до частите на двигателя и дори в края на двадесетте години на миналия век са забелязани опити да се правят рамки на спортни автомобили и мотоциклети от алуминиеви сплави, както и каросерии, но въпреки това, такива продуктите бяха пуснати в движение само за много масово произвеждани автомобили и мотоциклети към края на 80-те години.
Е, в съвременните технологии алуминиевите части (с изключение на изброените по-горе) могат да бъдат изброени почти безкрайно - това са части както на автомобили, така и на мотоциклети (скутери, велосипеди), рамки, махала, волани, траверси, различни скоби, до покрива на колата багажници или на задния калник на мотоциклет. Да, има малко друго.
Освен това си струва да споменем една особеност на самия алуминий и алуминиевите метални сплави. Алуминият е много активен метал за атака околен свят, но най-интересното е, че самата супер активност му помага да оцелее (да се предпази от корозия). В края на краищата алуминият е толкова активен метал, че незабавно реагира с кислорода във въздуха (и влагата в него).
И от това моментално се образува най-тънкият оксиден филм върху повърхността на алуминиевата част и именно този филм предпазва всяка алуминиева част от корозия. Въпреки че различните сплави, в зависимост от компонентите, имат различна устойчивост на корозия. Например, лятите сплави имат добра защита, но при деформируемите сплави оксидният филм е много тънък и слаб и неговите защитни свойства пряко зависят от легиращите добавки към сплавта.
Например широко известните и използвани в авиацията такива Алуминиева сплавкато дуралуминий, той има толкова слаб оксиден филм, че корозира много бързо, покривайки се с бяло покритие и ако не е покрит със защитно покритие, тогава корозията бързо ще го „изяде“.
Като покритие преди това е било покрито (плакирано) с тънък филм от чист алуминий, но сега, с широко развитие, е покрито с различни покрития от различни доста ярки цветове (златисто, ярко синьо, червено и др.).
Е, също така си струва да напишем няколко думи за самия алуминий - това е метал с ниска плътност, който се поддава добре на коване, щамповане, пресоване, рязане и освен това има доста висока електрическа и топлопроводимост. И затова се използва доста широко в електротехниката (електрическата промишленост), инструментостроенето, машиностроенето, авиацията, както в чиста форма, така и под формата на сплави.
Имайки относително достатъчна якост и твърдост, алуминиевите сплави с мед, манган, силиций и магнезий се наричат дуралуминий, който, както бе споменато по-горе, се използва в самолетостроенето, машиностроенето и други индустрии.
Заедно с дуралуминия, почти всички сплави на базата на алуминий (като стомана) се произвеждат под формата на валцувани продукти: ленти, ленти, листове, пръти (кръгли и шестоъгълни), профилен материал, тръби, тел ...
Магнезий.
Вероятно всеки, който е държал в ръцете си парче от този интересен и един от най-леките метали, изглежда, че изобщо не е метал, а парче пластмаса, толкова е лек. Той е един от най-леките метали, използвани в инженерството. А неговите сплави с цинк, алуминий, силиций и манган се използват в производството на различни части на радио оборудване, инструменти и др.
Преди това този метал се наричаше модната дума електрон. Плътността на този метал е четири и половина пъти по-малка от тази на желязото и е само 1,74 g / cm³ и 1,5 пъти по-малка от тази на алуминиевите сплави. Но якостта на магнезия е по-ниска и якостта на опън за лятите магнезиеви сплави е от 9 до 27 kg / mm², а за кованите сплави от 18 до 32 kg / mm².
Изглежда, че има много малко сила, но отново не забравяме, че никой не е отменил законите за якост на материалите и изглежда, че много малко тегло покрива всичко.
Но в допълнение към ниската якост, магнезият има по-съществени недостатъци, първият от които е високата цена. А частите от мотоциклети или автомобили, изработени от магнезий, значително вдигат цената си. Но това не са всички недостатъци: при производството на мания, той се запалва много лесно, когато се лее (добре или при заваряване) и дори когато се обработва!
Освен това магнезият е много нестабилен към околната среда (корозия) и всяка част, изработена от магнезий, трябва да бъде защитена от корозия два пъти - първо окислена, а след това покрита (боядисана или поцинкована). Но при лоши условия (например в агресивната среда на зимните пътища) е достатъчна малка драскотина върху покритието на магнезиева част и тя започва моментално да корозира и бързо да се срути.
Но все пак твърде малкото тегло засенчва всички недостатъци и магнезиевите сплави се използват за производство на скъпи части за автомобили и мотоциклети (и не само). И те започнаха да го използват още през двадесетте години на миналия век, а през 80-те години употребата му почти се удвои дори на серийно оборудване. Например някои не много важни части - капаци на картера, самите картери, капаци на главата и други части (между другото, картера на двигателя дори на най-евтината ни съветска кола - Запорожец беше излят от магнезиева сплав).
Но все пак магнезиевите сплави са били и все още се използват само за производството на рамки, шасита, колела и други части на спортно оборудване, по-точно някои скъпи производствени автомобили и мотоциклети, например елитни спортни мотоциклети от италианската компания Agusta, мотоциклет модел MV Agusta F4 750 Serie Oro, който струва два пъти повече от спортните мотоциклети на същата компания, но с алуминиеви рами, а разликата в теглото е само 10 кг.
Но мисля, че в бъдеще, с развитието на галванопластиката и използването на по-устойчиви покрития, употребата на магнезий ще се увеличи още повече.
Титан.
Е, това е доста интересен материал и самото име говори само за себе си. Между другото, той се появи поради титаничните трудности при извличането му от земната кора, особено в началния етап на извличането му. На пръв поглед титанът изглежда като стомана, докато не го вземете и усетите, че тежи значително по-малко.
Както споменах малко по-горе, доста сложната технология за извличането му от земната кора определи високата му цена и ниското му разпространение. Повечето метали и сплави са добивани от няколко века, но металният титан е получен едва през 1910 г. на миналия век. И до 50-те години на миналия век малко над два тона титан са били добивани на цялата ни планета!
Но след 50-те години на миналия век, с развитието на космическите изследвания (космически технологии и високоскоростна авиация), титанът се оказа най-добрият структурен материал, поради голямата си здравина и лекота (ще говорим за уникалните свойства на титана малко по-късно) и производството му започва да се развива бързо.
Въпреки факта, че титанът е значително по-лек от стоманата (4,51 g / cm³), здравината на неговите сплави е почти същата като тази на най-добрите легирани стомани (75 - 180 kg / cm²). Освен това, за разлика от стоманата, титанът има отлична устойчивост на корозия, тъй като неговият оксиден филм има висока якост. Но това не е всичко: някои титанови сплави имат доста висока устойчивост на топлина.
Освен това титанови сплавиобикновено заварени в неутрална среда, не са лошо обработени, добре, имат добри свойства за леене. Накратко, титанът има много плюсове и ако не беше един съществен минус - високата му цена, тогава всеки вероятно би забравил за стоманата.
И точно поради високата цена използването на титан в авто-мото индустрията все още е ограничено. Но на спортно оборудване, което никога не се е отличавало със скромна цена, използването на титан се увеличава всяка година. В крайна сметка за никого не е тайна, че от космическата индустрия почти всички технически постижения плавно се превръщат в авто-мото спортове.
И с течение на времето частите на ходовата част на спортни автомобили и мотоциклети започнаха да се правят от титан и неговите сплави, но въпреки това най-често от него се правят части на принудителни въртящи се двигатели: клапани и техните пружини, свързващи пръти и други части, за които основното изискване е висока якост и лекота. И на най-скъпите спортни автомобили дори крепежните елементи (болтове, шпилки и гайки) са направени от титан.
Трябва да се каже още нещо: точно както имаше плавен „поток“ на титаниеви части от космическата индустрия към спорта, мисля, че впоследствие ще има и постепенен поток от използването на титан за производствени автомобили и мотоциклети, но нека изчакай и виж...
Мед.
Този метал има относително висока плътност, има характерен червеникав цвят и отлична пластичност. Освен това медта има доста висок коефициент на триене и отлична електрическа и топлопроводимост.
Благодарение на това свойство електрическите кабели, контактите, клемите, частите на радиооборудването и устройствата (до поялниците) са направени от мед и неговите сплави и се използват за оборудване на хранително-вкусовата промишленост. Е, поради високия коефициент на триене, медта се използва дори за производството на различни фрикционни накладки на фрикционни съединители, а медните добавки могат да бъдат намерени дори в дисковете на съединителя на автомобили и мотоциклети.
Но в повечето случаи чистата мед сега се използва доста рядко, за да се спестят пари, главно в състава на сплави на негова основа (месинг и бронз - за тях по-късно) или като покрития (между другото, сега медното покритие дори стана по-популярен от хрома, например при персонализирани мотоциклети в стила на старата школа за персонализиране - старата школа).
Но все пак чистата мед, дори за покрития, сега се използва рядко и затова няма да се спираме твърде много на чистата мед и да преминем към нейните сплави.
Месинг.
Както много хора знаят, това е сплав от мед и цинк. Освен това цинкът, като част от тази сплав, повишава якостта и якостта и, което е важно, намалява цената на сплавта. Месингът се използва широко поради своята относителна мекота, пластичност, също така се обработва отлично чрез рязане, добре се поддава на огъване, щамповане, протягане (дърпане) и запояване.
Те произвеждат месинг под формата на слитъци (отливки) от листове, ленти, пръти, тръби и телове. И тъй като месингът (както и бронзът), за разлика от медта, има нисък коефициент на триене, плъзгащите лагери се правят от отливки (или от пръти).
Месингът също се използва широко в производството на различни устройства. Е, поради доста високата антикорозионна устойчивост на месинга, той се използва широко във водопроводните инсталации: различни втулки (чистачки, съединители), водни кранове, клапани и др. И различни подложки се правят от тънки листове месинг.
Е, освен устойчивостта на корозия, месингът има и отлична топлопроводимост, поради което радиаторите се правят от него (заедно с алуминия), радиаторните тръби и различни тръбопроводи в индустрията се правят от тръби.
бронз.
Бронзът е сплав на мед с алуминий, калай, манган, силиций, олово и други метали. Бронзът е по-крехък и по-твърд материал от месинга, описан по-горе, но има още по-нисък коефициент на триене и затова се използва по-често в плъзгащи лагери.
Най-високо качество и най-ценен е калаеният бронз, който има по-полезни качества, тъй като калайът в сплавта повишава механичните свойства на бронза (прави го по-малко чуплив) и добавя устойчивост на корозия на бронза, а също така прави тази сплав още по-хлъзгава (увеличава антифрикционни свойства). Калайеният бронз се използва за производството на най-висококачествените и доста издръжливи плъзгащи лагери (заедно с бабитите).
Бронзът е добре обработен и запоен добре, но е по-скъп от месинга. Както бе споменато по-горе, плъзгащи лагери, различни втулки, както и части, работещи под налягане до 25 kg / cm², най-често са направени от бронз. Те произвеждат бронз, подобно на месинг, под формата на пръти, ленти, тел, тръби, отливки и др.
Бабити.
Тези сплави имат много нисък коефициент на триене (ако са смазани, тогава коефициентът на триене е само 0,004 - 0,009) и доста ниска точка на топене (само 240 - 320 градуса). И затова бабитите най-често се използват за запълване на триещите се повърхности на плъзгащи лагери. И тъй като точката на топене на бабитите е доста ниска, те не се използват в двигатели, а най-често за лагери на колянов вал.
В сплавите от бабити основният компонент е калай, а най-висококачественият бабит B83 съдържа 83% калай. Също така бяха разработени заместители на бабити (например B16) с по-ниско съдържание на калай, които се отливат върху оловна основа с добавяне на арсен и никел - това са BN и BT и други метални сплави.
Водя.
Този метал и сплавите на негова основа (например спойки) имат сравнително ниска точка на топене (327,46 ° C) и сребристо-бял (със синкав оттенък) цвят. Има добра якост (пластичност) и отлични свойства за леене. Но е много мек, лесно се реже с остър нож и дори се драска с нокът. Доста тежък метал (има плътност от 11,3415 g / cm³ и с повишаване на температурата плътността му намалява.
Якостта на този метал е много ниска (якост на опън - 12-13 MPa (MN / m²). Той е известен и използван от древни времена, тъй като има ниска точка на топене и е по-често използван за леене на тръбопроводи в Кремъл и древен Рим (пак там в древен Рим производството му достига големи обеми - около 80 хиляди тона годишно).
Оловото и неговите съединения са токсични и водоразтворими, като оловен ацетат, а летливите съединения, като тетраетил олово, са особено отровни. И по време на отливането на водопроводи в древен Рим и Кремъл никой не знаеше за вредата на оловото и водата, преминаваща през оловни тръбопроводи, значително намали живота на хората.
Сега основната употреба на оловото е леене на решетки за батерии, а също така се използва за направата на листове (камери), които предпазват от рентгенови лъчи в медицината. И сплави от олово, антимон и калай се използват в декоративното леене (тогава фигурите са покрити с мед), както и за производството на плъзгащи лагери (вижте бабитите по-горе) и за различни спойки за запояване.
Твърди метални сплави.
Това са сплави на основата на огнеупорни волфрамови, ванадиеви, титанови карбиди и тези сплави се характеризират с висока якост, твърдост и устойчивост на износване, дори при повишени температури. Твърдите сплави най-често се използват за производството на работни части на режещ инструмент (, фрези и др.).
Кобалт-волфрамови твърди сплавипроизведени под марката от VK2, VK3 и до VK15. Цифрите в маркировката показват процентното съдържание на кобалт в сплавта, а останалото обикновено е волфрамов карбид.
Титаново-волфрамови твърди сплавицифрите в маркировката показват процентното съдържание на кобалт и титан, а останалото е волфрамов карбид (T5K10, T15K6).
Изглежда това е всичко. Разбира се, в една статия е нереалистично да се опише цялата маса полезни и интересни факти, свързани с различни метали и метални сплави, но все пак се надявам, че много металурзи (материалоучени) ще ми простят, защото не можете да прегърнете огромно, успех на всички!