Сплавы

Сплавы металлов

Сплавы

Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д.

Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла.

В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.

Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

Классификация однородности сплавов

Классификация

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

метод изготовления:
технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
однородность структуры:
Виды сплавов по их основе
вид металла – основы:
- черные (железо);
- цветные (цветные металлы);
- редких металлов (радиоактивные элементы);
количество компонентов:
- двойные;
- тройные;
- и так далее;
физико-химические свойства:
- тугоплавкие;
- легкоплавкие;
- высокопрочные;
- жаропрочные;
- твердые;
- антифрикционные;
- коррозионностойкие и др.;
предназначение:
- конструкционные;
- инструментальные;
- специальные.

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
- плотность;
- температура плавления;
- тепловые и упругие характеристики;
- коэффициент термического расширения;
структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
https://youtu.be/qgzo40bfL1o
Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
- блеск;
- пластичность;
- теплопроводность;
- электропроводность.
Кроме того, свойства подразделяют на:
- Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
- Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.
Механические свойства
Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
- Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
- Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
- Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
- Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
- Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств.

Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы.

Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.

Легированная сталь

Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических.

Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях.

До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

Чугунные радиаторы

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Желтая латунь

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

Область применения титановых сплавов

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

1. - аэрокосмическая;
  - химическая;
  - атомная;
  - криогенная;
  - судостроительная;
  - протезирование.

Алюминиевые сплавы

Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

Алюминиевые сплавы подразделяют на:

1. - Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
  - Для литья под давлением (с марганцем).
  - Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

Основные преимущества соединений алюминия:

1. - Доступность.
  - Малый удельный вес.
  - Долговечность.
  - Устойчивость к холоду.
  - Хорошая обрабатываемость.
  - Электропроводность.

Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

Слитки из алюминиевых сплавов

Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

Медные сплавы

Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.

Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

Латунь — смесь меди и цинкаМедь и ее сплавы

Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100оС.

В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

Основными сферами применения являются:

1. - Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
  - Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
  - Штампы, матрицы и пуансоны.
  - Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
  - Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
  - Детали и узлы атомных и химических реакторов.
  - Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.

Области применения твердых сплавов

Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Слово сплав

Сплавы

Слово сплав английскими буквами(транслитом) — splav

Слово сплав состоит из 5 букв: а в л п с

Значения слова сплав. Что такое сплав?

Сплав

Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов)…

ru.wikipedia.org

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом.

Энциклопедия Кругосвет

СПЛАВЫ материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом.

Энциклопедия Кольера

Сплав Вуда

Сплав Вуда — тяжелый легкоплавкий сплав, изобретенный в 1860 году английским инженером Барнабасом Вудом. Температура плавления 68,5 °C, плотность 9720 кг/м³. Состав: Олово — 12,5 %; Свинец — 25 %; Висмут — 50 %…
ru.wikipedia.org

Вуда сплав, легкоплавкий сплав на основе висмута. В. с. состоит из 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn и 12,5% Cd. Температура плавления В. с. 68°С. Он обладает высокими литейными свойствами, легко заполняет мельчайшие детали формы.

БСЭ. — 1969—1978

ВУДА СПЛАВ [по имени англ. изобретателя Вуда (Wood), разработавшего этот сплав в 1860] — легкоплавкий сплав на основе висмута (t пл 68 °С). Содержит 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия.

Большой энциклопедический политехнический словарь

МЕДИ СПЛАВЫ

МЕДИ СПЛАВЫ, сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующие элементы (в сумме до 50%). Меди сплавы, состоящие из Сu и одного легирующего элемента, наз. двойными или простыми…

Химическая энциклопедия

МЕДИ СПЛАВЫ — сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующие элементы (в сумме до 50%). М. с., состоящие из Сu и одного легирующего элемента, наз. двойными или простыми…

Химическая энциклопедия. — 1988

УРАНА СПЛАВЫ

УРАНА СПЛАВЫ, сплавы на основе урана. Применяются гл. обр. в качестве ядерного топлива в тепловыделяющих элементах (твэлах). Использование чистого урана ограничено из-за плохих мех. св-в.

Химическая энциклопедия

УРАНА СПЛАВЫ — сплавы на основе урана. Применяются гл. обр. в качестве ядерного топлива в тепловыделяющих элементах (твэлах). Использование чистого урана ограничено из-за плохих мех. св-в.

Химическая энциклопедия. — 1988

НИКЕЛЯ СПЛАВЫ

НИКЕЛЯ СПЛАВЫ, обладают высокой мех. прочностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, ферромагнитными и др. особыми физ. св-вами.. В технике преим. используют высоко- и сложнолегирован-ные никеля сплавы…

Химическая энциклопедия

НИКЕЛЯ СПЛАВЫ — обладают высокой мех. прочностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, ферромагнитными и др. особыми физ. св-вами. В технике преим. используют высоко- и сложнолегирован-ные Н. с.

Химическая энциклопедия. — 1988

ТИТАНА СПЛАВЫ

ТИТАНА СПЛАВЫ, обладают высокой мех. прочностью при достаточной пластичности и вязкости, низкой теплопроводностью, небольшим коэф. линейного расширения, высокой коррозионной стойкостью в нек-рых хим. средах и морской воде…

Химическая энциклопедия ТИТАНА СПЛАВЫ — обладают высокой мех. прочностью при достаточной пластичности и вязкости, низкой теплопроводностью, небольшим коэф. линейного расширения, высокой коррозионной стойкостью в нек-рых хим. средах и морской воде…
Химическая энциклопедия. — 1988

Твёрдые сплавы

Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома…

ru.wikipedia.org

Твёрдые сплавы, особого класса износостойкие материалы с весьма большой твёрдостью, которая незначительно меняется при нагреве. Различают спечённые Т. с. (см. Спечённые материалы)и литые Т. с.

БСЭ. — 1969—1978

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ, композиционные гетерогенные материалы, состоящие из твердых тугоплавких соединений, главным образом карбидов переходных металлов IV-VI гр., распределенных в пластичной матрице из металлов триады Fe…

Химическая энциклопедия

Жаропрочные сплавы

Жаропрочные сплавы — металлические материалы, обладающие высоким сопротивлением пластической деформации и разрушению при действии высоких температур и окислительных сред.

ru.wikipedia.org

ЖАРОПРOЧНЫЕ СПЛАВЫ, обладают способностью выдерживать при высоких т-рах (до 2000 °С) длит. мех. нагрузки, а также хим. воздействие. Характеризуются стабильностью структуры, длит. прочностью, высоким сопротивлением ползучести и усталости.

Химическая энциклопедия

Жаропрочные сплавы, сплавы, имеющие высокое сопротивление ползучести и разрушению при высоких температурах. Применяются как конструкционный материал для деталей двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, реактивных двигателей…

БСЭ. — 1969—1978

Легкоплавкие сплавы

Легкоплавкие сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова. Для получения легкоплавких сплавов используются свинец, висмут, олово, кадмий, таллий…

ru.wikipedia.org Легкоплавкие сплавы, двойные или многокомпонентные металлические сплавы, температура плавления которых не превышает температуру плавления олова (около 232°С).
БСЭ. — 1969—1978

ЛЕГКОПЛАВКИЕ СПЛАВЫ — двойные или многокомпонентные сплавы, темп-pa плавления к-рых не превышает темп-ру плавления олова (232° С). В состав Л. с. входят в различных соотношениях олово, висмут, индий, свинец, кадмий, цинк, сурьма, галлий…

Большой энциклопедический политехнический словарь

Русский язык

Сплав, -а.

Орфографический словарь. — 2004

С/плав/¹ (меди с золотом).

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

Примеры употребления слова сплав

Идеальный сплав опыта и молодости делает из «Бостона» сейчас столь грозного соперника.

Анодом служит сплав никеля и олова, катод выполнен из марганцевых солей лития.

Сплав этих качеств и позволяет ему подняться после такого жестокого падения.

К каждому турнира оргкомитет старается поменять не только дизайн, но и размер, и даже сплав.

Билялетдинов старается создать все тот же крепкий сплав молодости и опыта.

В основе успешности любого клуба лежит сплав тренерской и менеджерской работы.

Спортсмены совершают сплав по горным порожистым рекам на надувном судне без каркаса, на рафте.

Сплавы, их классификация и свойства

Сплавы

Существует несколько способов классификации сплавов:

по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);
по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);
по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);
по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);
по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);
по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);
по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).

Примеры решения задач

Сплав – это однородный составной материал. Свойства сплавов

Сплавы

Все слышали слово «сплав», а некоторые считают его синонимом термина «металл». Но эти понятия различны. Металлы – это группа характерных химических элементов, тогда как сплав – продукт их соединения. В чистом виде металлы практически не используются, к тому же их сложно получить в чистом виде. Тогда как сплавы распространены повсеместно.

Что такое сплав

Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее. Итак, сплав – это соединение нескольких металлов или одного и различных неметаллических добавок. Такие соединения используются повсеместно.

Сплав – это макроскопическая однородная система, полученная методом плавления.

Они были известны еще с самых древних времен, когда человечество при помощи примитивных технологий научилось производить чугун, бронзу, а немного позже – сталь.

Производство и использование этих материалов обусловлено тем, что можно получить сплав с заданными технологическими свойствами, при этом многие характеристики (прочность, твердость, коррозионная стойкость и другие) выше, чем у отдельных его компонентов.

Основные виды

Как классифицируют сплавы? Это делают по типу металла, который является основой соединения, а именно:

Черные. Основа – железо. К черным сплавам относятся все виды сталей и чугунов.
Цветные. Основа – один из цветных металлов. Самые распространенные цветные сплавы – на основе меди и алюминия.
Сплавы редких металлов. На основе ванадия, ниобия, тантала, вольфрама. Применяются преимущественно в электротехнике.
Сплавы радиоактивных металлов.

К основному компоненту в сплав добавляют другие элементы – металлы и неметаллы, которые улучшают его технологические свойства. Эти добавки называют легирующими. Также в сплавах присутствуют вредные примеси – при превышении их допустимого значения у материала снижаются многие характеристики. Итак, теперь вы знаете, что такое сплав.

Сплавы также классифицируют на двойные, тройные и другие – по числу компонентов. По однородности структуры – на гомогенные и гетерогенные. По отличительным свойствам – на легкоплавкие и тугоплавкие, высокопрочные, жаростойкие, антифрикционные, коррозионностойкие и материалы со специальными свойствами.

Механические свойства

Механические свойства сплавов определяют работоспособность материала при воздействии на него внешних сил. Для того чтобы выяснить характеристики соединения, образец подвергают различным испытаниям (растягивают, царапают, нагружают, вдавливают в него металлический шарик или алмазный конус, изучают под микроскопом) на определение прочности, упругости, пластичности.

Состав сплава определяет его физические свойства. К ним относят удельный вес, электропроводность, температуру плавления, удельную теплоемкость, коэффициент объемного и линейного расширения. Также к физическим относятся магнитные свойства сплавов. Они характеризуются остаточной индукцией и магнитной проницаемостью.

Химические

Что такое химические свойства сплава? Это характеристики, определяющие, как материал реагирует на воздействие различных активных, в том числе и агрессивных средств. Химическое воздействие среды можно увидеть визуально: железо «съедает» ржавчина, на бронзе появляется зеленый налет оксидов, сталь растворяется в серной кислоте.

В металлургии и тяжелом машиностроении применяется множество способов борьбы с агрессивным влиянием внешней среды: разрабатываются новые, более стойкие материалы на основе меди, титана и никеля, сплавы покрывают защитными слоями – лаками, красками, окисными пленками, улучшают их структуру. В результате негативных факторов среды промышленность ежегодно терпит ущерб, исчисляемый миллионами тонн стали и чугуна.

Технологические

Технологичность – это что такое? Сплав в промышленности нужен не сам по себе, из него изготавливают какую-либо деталь. Следовательно, материал будут нагревать, резать, деформировать, подвергать термической обработке и проводить другие манипуляции.

Технологичность – это способность сплава подвергаться разным способам горячей и холодной обработки, например плавиться, легко растекаться и заполнять литейную форму, деформироваться в горячем или холодном виде (ковка, горячая и холодная штамповка), свариваться, обрабатываться металлорежущим инструментом.

Технологические свойства можно разделить на:

Литейные. Они характеризуются жидкотекучестью – способностью заполнять форму для литья, усадкой (процент потери объема после охлаждения, отвердевания) и ликвацией – сложным процессом, при котором образуется неоднородная структура материала в разных частях отливки.
Ковкость. Это способность сплава деформироваться под ударной нагрузкой и принимать нужную форму без потери целостности. Некоторые металлы обладают хорошей ковкостью только в горячем виде, другие – в холодном и в горячем состоянии. Например, сталь куют в раскаленном виде. Сплавы алюминия и латунь хорошо принимают нужную форму при комнатной температуре. Бронза плохо поддается ударной деформации, а чугуны не пластичны и под воздействием молота разрушаются (за исключением ковкого чугуна).
Свариваемость. Хорошей свариваемостью обладает низкоуглеродистая сталь, гораздо хуже эта характеристика у высоколегированных сталей и чугунов.