На каком свойстве металлов основано изготовление сплавов
О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. (5) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.
Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.
Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.
В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.
Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.
Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:
- механически прочнее и твёрже,
- со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
- устойчивее к коррозии,
- устойчивее к высоким температурам,
- практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.
Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее (2) % по массе), чугун ((С) — более (2) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.
Применение сплавов в качестве конструкционных материалов
Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.
В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.
Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.
Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.
Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.
В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.
В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.
Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.
| Конструкция из стальных балок | Радиаторы центрального отопления | Ажурные перила, отлитые из чугуна |
Инструментальные сплавы
Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).
Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.
Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.
Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении
Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.
Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.
Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.
Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.
Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.
Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.
Применение легкоплавких сплавов
Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.
Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.
Сплав натрия с калием (температура плавления (–)(12,5) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.
Применение сплавов в ювелирном деле
Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.
Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.
Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.
Из сплавов золота с (10–30) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с (25–30) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.
| Ювелирные изделия из сплавов золота | Позолоченные электрические контакты |
Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.
Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.
Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.
Бронзовая скульптура | Колокола отливают из специального сорта бронзы | Чугунная лестница. Практично и очень красиво |
Металлы в чистом виде применяют реже, чем их сплавы. Это объясняется тем, что сплавы часто обладают более высокими техническими свойствами, чем чистые металлы. Изготовление сплавов основано на свойстве металлов в расплавленном состоянии взаимно растворяться и смешиваться друг с другом. [c.281]
Сопротивление коррозии для данного металла усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении так, покрытие железа хромом или изготовление сплавов железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и стали, содержащие хром нержавеющие стали) имеют высокую коррозионную стойкость. Общими способами получения металлов являются электрометаллургия, т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов их солей [c.160]
Олово главным образом используется для лужения железа — получения .белой жести , которая расходуется в основном в консервной промышленности. Оловянная фольга (станиоль) применяется для изготовления конденсаторов в электротехнической промышленности. Из свинца делают аккумуляторные пластины, обкладки электрических кабелей, свинец применяется для защиты от радиоактивных и рентгеновских излучений, в качестве коррозионностойкого материала используется в химической промышленности. Оба металла применяются для изготовления сплавов. [c.485]
Порошок переплавляют в графитовых тиглях, отливают в чушки весом 10—25 кг, слитки для прокатки, гранулы, используемые для изготовления сплавов и нитрата. [c.245]
Изготовление сплавов основано на свойстве металлов в расплавленном состоянии взаимно растворяться и смешиваться с последующим затвердеванием при охлаждении. При этом возможны следующие типичные слу-Ааи [c.398]
Щелочноземельные металлы также получают электролизом расплава безводных галогенидов (Са, 5г) или окислов (Ва). Используют ЩЗМ для изготовления сплавов с другими металлами, в неорганическом синтезе как исходные вещества для получения сложных соединений. В последнее время металлический барий стали применять вместо цинка для изготовления электрохимических элементов в батареях. [c.30]
Цинк, вырабатываемый в виде Литого металла, из-за своей хрупкости в определенном интервале температур не находит самостоятельного применения как конструкционный материал. Его используют для изготовления сплавов на основе Си, А1, Ni, для нанесения на черные металлы в виде защитных. покрытий, для сухих гальванических элементов. Цинк, выпускаемый в виде порошка, используют в химических процессах в качестве восстановителя. [c.315]
Поэтому для пластинок из сплава ВК-6 ( победит ) скорость резания должна быть ограничена. Технология изготовления аналогична изготовлению сплава ТК-6 (с. 331). [c.349]
Применение двух видов цинковая пыль и литой цинк. Цинковая пыль представляет собой конденсат непосредственно из газовой фазы, довольно загрязненный ( d, As). Применяют как восстановитель в химической технологии. Литой цинк выпускают нескольких марок по ГОСТу. Идет на изготовление сплавов латуней, алюминиевых сплавов и сплавов на основе никеля. Основная масса цинка расходуется на защитные покрытия черных металлов от коррозии. Эти покрытия можно наносить различными методами окунанием, металлизацией, диффузионным путем и электролитически. Из цинка изготовляют сухие элементы (см. гл. 9). Сам по себе цинк не является конструкционным материалом из-за хрупкости в определенном интервале температур. [c.393]
Никель в большом количестве расходуется в производстве щелочных аккумуляторов, для создания антикоррозионных покрытий. Никель и кобальт используются для изготовления сплав 9в, необходимых в вакуумной технике, электро-, радио- и светотехнике. Назовем некоторые сплавы. Ковар (53,8% Ре, 29% N1, 17% Со и 0,2% Мп) хорошо впаивается в стекло и устойчив против действия ртутных паров. Хорошо впаивается в стекло платинит (46% N1, 0,15% С, остальное Ре). И п в а р (36% N1 по 0,5% С и Мп, остальное Ре) имеет малый термический коэффициент расширения и служит хорошим материалом для изготовления различных приборов. Нихром (67,5% N1, 16% Ре, 15% Сг, 1,5% Мп) или (80% N1 и 20% Сг) имеет большое электросопротивление и высокую жаропрочность, поэтому применяется в виде проволоки для изготовления нагревательных приборов и термопар. Высокое электросопротивление имеют константан (45% N1, 54% Си)> стеллит (по 35% Со и Сг, 15% 13% Ре и 2% С), который остается твердым даже при 1000 С. [c.348]
На каком свойстве металлов основано изготовление сплавов [c.283]
Производство цинка. Цинк используется в больших количествах для покрытия железа с целью предохранения его от ржавления, а также для изготовления сплавов с медью и никелем (латунь, мельхиор и другие). [c.410]
Ежегодное мировое производство цинка составляет около 5 млн. т. Большая часть добываемого металла используется для изготовления сплавов с различными другими металлами и оцинковывания железа (т. е. покрытия его тонким слоем цинка) с целью предохранения от ржавления. [c.399]
Сурьму используют в качестве добавки при изготовлении сплавов для повышения их твердости. Сплавы сурьмы с оловом, свинцом и медью (к которым иногда добавляют цинк и висмут) служат для изготовления вкладышей подшипников. Сплавы с содержанием 6— 22% (масс.) сурьмы называются баббитами. Они, обладая достаточной твердостью, большим сопротивлением истиранию, высокой коррозионной стойкостью, применяются в станкостроении, на железнодорожном и автомобильном транспорте. Сплав, отвечающий составу [в %(масс.)] РЬ — 82, 8п — 3 и 8Ь — 1,5, хорошо заполняет формы при изготовлении шрифтов (благодаря способности расширяться при затвердевании). Сурьму доч бавляют и к свинцу, идущему на изготовление шрапнели и пуль, а также к свинцу, используемому для изготовления оболочек телеграфных, телефонных и электрических кабелей, пластин аккумуляторов. [c.340]
Изготовление сплавов тантала — трудная техническая задача. К моменту начала этой работы (1974 г.) технология получения сплавов на основе тантала еще не бьша разработана, а имеющееся в распоряжении исследователей оборудование для этих целей не приспособлено. [c.12]
Изготовление сплавов тантала возможно только на современном оборудовании, позволяющем получать большие мощности и осуществлять плавку в высоком вакууме или атмосфере высокочистого инертного газа. [c.12]
Приготовление сплавов. При изготовлении сплавов сначала плавят наиболее тугоплавкий металл, затем, сняв корытце с огня, кладут кусочки более легкоплавкого металла и дальнейший нагрев ведут только в том случае, если последний не расплавится за счет теплоты более тугоплавкого металла. Если же поступить наоборот, например, изготовляя сплав для пайки, расплавить сначала более легкоплавкий металл олово и затем добавить туда свинца, то к моменту расплавления последнего значительная часть олова окислится, превратившись в порошок. [c.102]
Сплав изготовляют по указаниям, данным в разделе 2. При изготовлении сплава необходимо все время перемешивать металлическим стержнем или полоской. [c.102]
Сурьму применяют главным образом для изготовления сплавов с другими металлами. Она обладает способностью повышать твердость мягких металлов. В незначительных количествах в серебряных и золотых покрытиях [c.26]
Более 50 %> меди используется в электротехнической промышленности, 30-40%) — для изготовления сплавов, а остальная часть — для изготовления теплообменников, холодильников, вакуумных ап- [c.204]
Применение. Медь используется как проводник в электротехнике, для изготовления охлаждающих труб, различных емкостей Си — основная составная часть анодов для меднения. Большое количество меди идет на изготовление сплавов. [c.393]
При изготовлении сплавов [87] иногда образуются две расплавленные фазы различной плотности, которые соединяются в гомогенный расплав лишь при сильном перемешивании. Так как при этом в некоторых случаях может произойти значительное выделение тепла, ведущее к вскипанию, удобнее предварительно приготовлять более богатый сплав и вносить его небольшими порциями при длительном перемешивании. Таким же образом поступают, если окисная пленка затрудняет смешивание. [c.567]
Знание механических свойств железо-хромо-алюминиевых сплавов необходимо для расчета конструкций реакторов пиролизных установок, разработки технологии изготовления сплавов и определения условий их эксплуатации, как прочных и жаропрочных материалов при комнатной и высоких температурах. [c.322]
Применение. Металлическую сурьму применяют главным образом для изготовления сплавов. Опа обладает способностью значительно повышать твердость мягких металлов, например олова и свинца. Сплавы свинца с сурьмой называются твердым свинцом. Литеры для печатания отливают из сплава свинца с сурьмой типографский металл), содержаш его 15— 25% сурьмы часто этот сплав содержит также и олово. Сплавы олова с сурьмой (например, 90% олова, 8% сурьмы, 2% меди — британский металл) служат для изготовления посуды и т. д. другие подобные сплавы применяют для изготовления подшипников (см. стр. 573 и 589). [c.715]
Металлы и сплавы, применяемые при изготовлении сплавов стекло—металл [c.112]
В настоящее время резцы из быстрорежущей стали уступают место резцам из металлокерамических твердых сплавов, изготовляемых на основе карбида вольфрама (85—95%) с добавлением 5— 15% Со в качестве цементирующей (связующей) добавки. В некоторые твердые сплавы вводятся также карбиды титана или тантала и ниобия. Современные рекордные скорости резания, достигнутые новаторами производства наших металлообрабатывающих заводов, получены именно с резцами из твердых сплавов отечественного производства. Из твердых сплавов изготовляются разнообразные резцы для обработки различных металлов и сплавов, коронки для буровых инструментов (взамен ранее применявшихся алмазных коронок), фильеры для волочения проволоки я т. д. По приблизительным подсчетам, приводимым в литературе [118], на изготовление карбида вольфрама, идущего для получения твердых сплавов, расходуется около 5% мировой добычи вольфрама. Около 2% всего добываемого вольфрама расходуется на изготовление сплавов, называемых стеллитами. Состав этих сплавов следующий 3—15% W, 25— 30% Сг, 45—65% Со, 0,5—2,7% С. Они применяются для наплавки поверхности различных деталей, работающих в тяжелых условиях. [c.100]
Чистое олово [7, II, 27, 51, 132] сейчас мало применяют в промышленности из-за дефицитности и недостаточно высоких механических свойств. До XIX в. олово применяли довольно широко, например, для изделий домашнего обихода, утвари, посуды, органных труб. В настоящее время значительное количество олова расходуют на получение покрытий по железу (главным образом, при изготовлении луженой жести), а также на изготовление сплавов — бронзы и припоев. [c.290]
К электрохгшическим методам защиты металлов относятся катодная запщ-та, протекторная защита и др. При катодной защите защищаемая конструкция или деталь присоединяется к отрицательному полюсу источника электрической энергии и становится катодом. В качестве анодов используются куски железа или специально изготовленные сплавы. При надлежащей силе тока в цепи на защищаемом изделии происходит восстановление окислителя, процесс же окисления претерпевает вещество анода. [c.692]
Применение. Из алюминия делают теплообменники, радиаторы, химическую аппаратуру, электрические провода, рефлекторы, тонкую (до 0,01 мм) фольгу для электроконденсаторов и упаковки пищевых продуктов и фармацевтических препаратов. В больших количествах алюминий расходуется на изготовление сплавов, широко применяемых в машиностроении, авиационной и космической технике. Сплавы на основе алюминия бывают двух типов ковкие (пластичные) и литьевые (хрупкие). К первым относится дюралюмин (дюраль), содержащий 4% Си и по 0,5% Mg, Ре и 81. Ко вторым — силумин, в который входит до 14% 81 и 0,1% Ка. Прочность дюралюмина после закалки и вылеживания возрастает в 6 раз. Из сплавов алюминия с магнием — магналия — делают корпуса легких судов и консервные банки, фольгу для сыров и для тушения мяса, крышки для бутылок с молочнокислыми продуктами, банки для пива. Применяют алюминий и для выплавки других металлов методом алюмотермии. [c.410]
Как область практич. деятельности X. уходит корнями в глубокую древность. Так, задолго до нашей эры в разл. регионах Древнего мира (Египет, Китай, Индия) возникли ремесла, основанные на использовании хим. процессов выплавка металлов (железо, медь) из руд, изготовление сплавов (бронза) получение кожи из шкур животных с помощью дубильных в-в крашение тканей прир. красителями произ-во стекла и керамики. Отсюда берут начало примитивные хим. знания. Никаких науч. представлений о составе в-ва и его превращениях в Древнем мире не существовало. Отсутствовало само понятие хим. элемента его заменяло неопределенное натурфилософское учение о стихиях, или элементах (огне, воде, воздухе, земле), получившее т1аиб. законченный вид у Аристотеля. Эти отвлеченные представления не были связаны с практикой. [c.651]
Одним из важных факторов, обеспечивающих уровень эксплуатационной егой-кости, является технология изготовления сплавов. Соблюдение технологии контролируется с помощью испытания на живучесть (ГОСТ 2419 — 78). Сущноегь метода заключается в циклическом нагреве электрическим током (нагрев 2 мин, охлаждение 2 мин) проволоч(п>1х образцов диаметром 0,8 мм до заданной температуры. [c.114]
Применение. Устойчивость металлического кобальта против коррозии, высокая температура плавления позволяют применять его в качестве добавки для улучшения свойств стал , для изготовления сплавов различаого назначения (космическая техника, атомная энергетика). Широко применяются кобальтовые катализаторы. [c.67]
Получают этот металл из первичного металла технической чистоты дополнительным рафинированием по трехслойному способу, снижающему содэржание примесей железа, кремния, титана, меди и др. Используется в основном при произ-ве специальной хим. аппаратуры, электр. конденсаторов и др. А. технической чистоты (марок А85, А8, А7, Аб, А5, АО, А и АЕ) содержит от 0,15 до 1,00% примесей. А. марок А85 и А8 применяют для произ-ва алюминиевого проката, А. марок А7, Аб и А5 — для получения алюминиевых сплавов, фольги, произ-ва кабельных и токопроводящих издейий, алюминиевого порошка, для плакирования и пр. Д я изготовления сплавов на алюминиевой и др. основах, спец. лигатур, кабельных и токопроводящих изделий применяют металл марки АО, для подших-товки алюминиевых сплавов, из-готовленця лигатур, в алюмотермии — металл марки А, для произ-ва алюминиевой катанки — металл [c.66]
Коренное отличие синтетических церезинов от естественных заключается в том, что пос. [е ],нио представляют собой в основном твердые растворы, а синтетические — механические смеси. Последним обстояте.льством и объясняются отрицательные свойства синтетических церезинов н]ш применении их в качестве i umho-нентов смазок и нри изготовлении сплавов. [c.189]
Атомная структура материалов, не являющихся чистыми вешествами. На рис. 54 показана атомная структура сплава золота с медью, применяемого нри изготовлении ювелирных изделий. Этот сплав состоит из небольших кристаллических зерен, прочно удерживаюшдхся вместе благодаря действующим между ними межатомным силам каждое зерно такого сплава состоит из атомов регулярно расположенных в кз бической плотнейшей упаковке, о которой говор1ыось в гл. II при описании структуры металлической меди. Однако распределение атомов золота и атомов меди в сплаве беспорядочное в кристаллической структуре сплава положение атомов того и другого вида случайное (рис. 54). Беспорядочное распределение атомов золота и меди приводит к тому, что отношение числа атомов золота к числу атомов меди в кристаллах такого твердого раствора неопределенно и, следовательно, состав данного сплава не обусловлен структурой кристалла, а зависит от относительных количеств золота и меди, взятых при изготовлении сплава. [c.76]
Для производства кабель-ных н токопроводящих изделий, плакировка, изготовлен яие алюминиевых сплавов, красочной пудры, порошка, алюминиевой посуды Для производства алюминиевой катанки н вайербарсов Для изготовления сплавов на алюминиевой и других основах, алюминиевой посуды, для изготовления лнгатуры и т. д. [c.157]
Интерметаллические соединения редкоземельных металлов (1974) — [
c.190
]