Железа сплавы

Сплав железа с никелем. Магнитный сплав железа с никелем

Важную роль в жизни каждого занимает металлургическая промышленность, потому что ежедневно приходится сталкиваться с различными изделиями из металла.

А сделаны они из всевозможных сплавов, которые получены благодаря выплавке. При производстве этих материалов используют как минимум два металла, а для улучшения свойств — специальные присадки.

В этой статье будет рассмотрено несколько сплавов железа с никелем, их свойства и применение.

О свойствах железа

Чистое железо — серебристо-серого цвета, обладает пластичностью и ковкостью. Самородные слитки, встречающиеся в природе, имеют ярко выраженный металлический блеск и значительную твердость. На высоте и электропроводность материала, он с помощью свободных электронов легко передает ток.

Металл обладает средней тугоплавкостью, размягчается при температуре +1539 градусов по Цельсию и теряет ферромагнитные свойства. Это химически активный элемент. При нормальной температуре легко вступает в реакцию, а при нагревании эти свойства усиливаются. На воздухе покрывается пленкой оксида, которая мешает продолжению реакции.

При попадании во влажную среду появляется ржавчина, которая уже не препятствует коррозии. Но, несмотря на это, железо и его сплавы находят широкое применение.

Немного истории

Инвар – это сплав железа с никелем, в состав которого входит 36 % легирующей добавки. Впервые он был открыт во Франции в 1896 году физиком Шарлем Гийомом.

В это время он вел работы по поиску недорогого металла для эталонов мер массы и длины, которые изготовляли из очень дорогостоящего платиноиридиевого сплава.

Благодаря этому открытию ученый в 1920 году получил Нобелевскую премию в области физики.

Слово «инвар» в переводе с латинского означает неизменный.

Этот сплав имеет и несколько других названий: нилвар, вакодил, нило-аллой, радиометалл. Invar является торговой маркой компании Imphy Alloys Inc., которая принадлежит сталелитейному концерну Arcelor Mittal.

Сплав железа с никелем

Для улучшения свойств железа, используя различные добавки, получают сплавы. Ученые считали, что получить железоникелевый сплав, учитывая термодинамические свойства металлов, не составит никакого труда.

Но на практике они столкнулись с проблемами.

При взаимодействии металлов, во время получения сплава железа с никелем, в результате побочного окислительного процесса железо из двухвалентного состояния переходит в трехвалентное.

В результате снижается выход сплава и ухудшаются определенные физические свойства.

Для решения этой проблемы в электролит добавляют амины и органические кислоты, которые образуют с трехвалентным железом соединения, обладающие малой растворимостью.

В связи с этим эластичность осадка становится лучше, а для его равномерного распределения электролиты перемешивают. Полученный сплав железа с никелем называется инвар.

Применение сплава инвар

Незначительный температурный коэффициент расширения позволяет использовать его для производства:

• деталей контрольно-измерительных приборов;
• лент и проволоки для геодезических работ;
• несущих конструкций лазера;
• деталей часовых механизмов, маятников хронометров;
• проката: горячекатаного прутка и листа, холоднокатаной ленты, бесшовных труб, кованых прутков.

Для увеличения прочности производят холодную пластическую деформацию сплава железа с никелем, а затем делают низкотемпературную термообработку.

Для большей стойкости к коррозии при обычных атмосферных условиях его поверхность полируют и наносят защитный слой, если изделие предназначается для использования в агрессивных средах.

Антикоррозийные свойства инвара также повысятся при добавлении в его состав около 12 % хрома, при этом он сохраняет постоянную упругость при нагревании до 100 градусов.

Магнитные сплавы

Эти сплавы находят широкое применение в электротехнике. Из них изготовляют постоянные магниты, сердечники трансформаторов, электроизмерительные приборы, электромагниты. Людям давно известно, что железо обладает магнитными свойствами и в результате этого оно находит множество применений.

Много позже было обнаружено, что такое же свойство присуще никелю и некоторым другим металлам. Изделия, изготовленные из магнитного сплава железа с никелем, также обладают способностью сохранять собственное магнитное поле, когда внешнее уже отсутствует. Причем это личное поле снова способно воздействовать на другие магнитные тела.

Никель, кобальт и их сплавы

Кобальт и никель являются элементами подгруппы железа. Все три элемента имеют схожие свойства, но есть и существенные различия. Оба металла обладают большей плотностью, чем железо, и значительно тверже и прочнее его. Они менее активны в химическом плане, отличаются коррозийной устойчивостью. Кроме этого, металлы ценят за большую стойкость по отношению к газовой коррозии.

Недостатками кобальта и никеля является их высокая токсичность и значительная стоимость относительно железа. Свое применение они находят для антикоррозийного наружного покрытия изделий из углеродистых сталей и железа путем электрохимических реакций.

Эти сплавы используют для производства магнитопроводов различных электромагнитных устройств.

Сплав ковар

Смесь состоит из металлов, обладающих отличными механическими свойствами. Их легко обрабатывать, они без труда подвергаются прокатке, протяжке, ковке и штамповке. А сплав кобальта, никеля и железа иначе называется ковар. Удачно подобранное сочетание химических элементов обеспечивает материалу отличные характеристики.

Данный сплав имеет хорошую теплопроводность, высокий коэффициент удельного электрического сопротивления и близкие к нулю показатели линейного расширения в большом интервале температур. Единственным недостатком является низкая коррозийная стойкость в сырой среде, поэтому часто используют защитные покрытия из серебра.

Ковар широко применяется в промышленности для производства:

• труб, лент и проволоки;
• конденсаторов;
• корпусов оборудования в приборостроении;
• деталей в радиоэлектронике;
• корпусов в электровакуумной отрасли.

в сплаве дорогого кобальта и никеля увеличивает стоимость материала, но хорошие характеристики и продолжительная эксплуатация покрывают первоначальные вложения.

Сплавы ални

Ални – это групповое название магнитных сплавов «железо-никель-алюминий». При увеличении концентрации алюминия и никеля в определенных пределах остаточная индукция уменьшается, а коэрцитивная сила возрастает.

Чаще всего применяются сплавы, в которых алюминия от 11 до 18 %, а никеля — 20–34 %. Основными свойствами таких сплавов является электропроводность, теплопроводность и пластичность. Все они характеризуются хорошим свариванием.

Для использования сплавов при изготовлении магнитов их легируют кобальтом и медью. В этом случае материал приобретает твердость и хрупкость и имеет крупнозернистую структуру.

Сплавы ални применяют как конструкционный материал для деталей газотурбинных и реактивных двигателей, работающих под воздействием высоких температур более 1000 градусов Цельсия продолжительное время, сохраняя металл без повреждений.

Заключение

Все металлы, интенсивно используемые в современной промышленности, являются сплавами. Например, практически все железо, которое получают в мире, используется для производства чугунов и сталей.

Объяснить это можно тем, что сплавы характеризуются лучшими свойствами, чем те металлы, из которых их получают. Следует отметить, что выпускаемые промышленностью сплавы имеют общие для них свойства: прочность, твердость, упругость и пластичность.

А железоникелевые еще обладают и магнитными свойствами, которые при производстве усиливаются с помощью дополнительного легирования.

Сплавы железа и температура их плавления

• Химический элемент № 26 является самым распространенным в Солнечной системе. По данным исследований содержание железа в ядре Земли составляет 79–85,5%. По распространенности в коре планеты оно уступает только алюминию.
• Металл в чистом виде имеет белый цвет с серебристым оттенком, отличается пластичностью. Наличие примесей определяет его физические параметры. Железу свойственно реагировать на магнит.
• Для этого химического элемента характерен полиморфизм, который имеет место при нагревании. Повышенная концентрация металла наблюдается в местах извержения пород. Промышленные месторождения формируются в результате внешних и внутренних процессов, происходящих в земной коре.
• В речной воде содержится приблизительно 2 мг/л металла, а показатель для морской воды меньше в 100–1000 раз.
• Железо имеет несколько степеней окисления, определяющих его геохимическую особенность нахождения в определенной среде. В нейтральной форме металл находится в ядре Земли.
• Оксид железа является основной формой нахождения в природе, а оксидное железо размещается в самой верхней части земной коры в составе осадочных образований.
• химического элемента № 26 в минералах с нестабильным составом увеличивается с уменьшением температурного градиента. Кипение происходит при нагревании до + 2861 °C. Удельная теплота плавления составляет 247,1 КДж/кг.

Добыча металла

Среди руд, содержащих железо, сырьем для промышленного производства являются:

• гематит;
• гетит;
• магнетит.

Гетит и гидрогетит формируют образования в коре выветривания, размером сотни метров. В зоне шельфа и озерах коллоидные растворы минералов в результате осаждения образуют оолиты (бобовые железные руды).

Пирит и пирротин, широко распространенные в природе минералы железа, используются в качестве сырья для производства серной кислоты.

К часто встречающимся минералам железа относятся также:

• сидерит;
• леллингит;
• марказит;
• ильменит;
• ярозит.

Минерал мелантерит, представляющий собой хрупкие зеленые кристаллы со стеклянным блеском, используется в фармацевтической промышленности для производства железосодержащих препаратов.

Основное месторождение этого металла находится в Бразилии. В последнее время внимание сосредоточивается на разработке конкреций, присутствующих на морском дне, в которых содержатся железо и марганец.

Плавление железа

От чего зависит температура плавления железа?

Производство металла предусматривает различные технологии его извлечения из рудного сырья. Наиболее распространена выплавка железа доменным способом.

Перед тем как выплавлять металл, его восстанавливают в печи при температуре +2000 °C. Для извлечения примесей добавляется флюс, разлагающийся при нагревании до оксида с последующим соединением с диоксидом кремния и образованием шлака.

Свойства металла зависят от чистоты материала. Для технически чистого железа температура плавления составляет +1539 °C. Сера является вредной примесью. Извлечь ее можно только из жидкого раствора. Химически чистый материал получают в результате электролиза солей металла.

Сплавы металла

В чистом виде этот материал мягкий, поэтому для повышения прочности в состав вводят углерод.

В металлургии сплавы железа называют черными металлами.

В зависимости от компонентов лигатуры меняются свойства материалов. Температура плавления железа также меняется при наличии лигатурных компонентов.

Удельная теплота плавления стали равна 84 кДж. Этот показатель обозначает, что при температуре плавления стали для перевода 1 кг сплава из кристаллического в жидкое состояние необходимо 84 кДж энергии.

Соединения из различных металлов образуют сплавы. Удельная теплота плавления чугуна составляет 96–140 кДж. Чугун содержит до 4% углерода, 1,5% марганца, до 4,5% кремния и примеси в виде серы и фосфора. Различают белый и серый сплавы.

В белом часть углерода находится в соединении карбида железа. Такой сплав отличается хрупкостью и твердостью. Он предназначается для изготовления конструкций и деталей.

Серый сплав, содержащий углерод в виде графита, легко поддается обработке. Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Плавление руды сопровождается восстановительной реакцией железа из оксидов углеродом.

Большинство веществ может плавиться с увеличением объема при нагревании. Для чугуна объемом 1000 см³ этот показатель составляет 988–994 см³.

По химическому составу различают сталь:

• легированную;
• углеродистую.

Углеродистая сталь содержит примеси серы, фосфора и кремния. Она отличается низкими электротехническими свойствами, низкой прочностью, легко поддается процессу коррозии.

Наличие лигатурных добавок придает стали новые технические свойства. В качестве дополнительных компонентов используют:

• молибден;
• никель;
• вольфрам;
• хром;
• ванадий.

В состав высоколегированной стали входит не более 10% добавок. Сплав отличается прочностью. Технология производства стали из чугуна позволяет получить высококачественный материал для производства:

• металлических конструкций;
• резервуаров;
• посуды;
• армирующих деталей;
• электрооборудования.Железо широко применяется во всех сферах жизни человека.

В качестве сырья сталь используется в разных отраслях промышленности. Без нее невозможно представить авиастроение, кораблестроение, автомобильную отрасль и многие другие производственные сферы.

8. Железо и его сплавы

Железо(Fe)- металл сероватого цвета. Атомный номер26, атомная масса 55,85. Чистое железо,которое может быть получено в настоящеевремя, содержит 99,999% Fe,технические сорта 99,8 — 99,9% Fe.Температура плавления железа 1539 оС.

Железо имеет две полиморфные модификациии .Модификация —железасуществует при температурах ниже 910оС и выше1392 оС(рис. 40).

В интервале температур 1392-1539 оС— железонередко обозначают как — железо.

Кристаллическаярешетка — железа -объемно центрированная кубическая(ОЦК). До температуры 768оС— железомагнитно (ферромагнитно). Эту точкуперехода от ферромагнитного в парамагнитноесостояние называют точкой Кюри (А2).

Модификация — железасуществует при температуре 910-1392оС. Онопарамагнитно. Кристаллическая решетка— железа — гранецентрированная кубическая(ГЦК) (рис.40).

В дальнейшем точки,соответствующие температуре превращенияодной фазы в другую будем называтькритическимиточками,обозначающимися буквой Ас индексами cи r(c— при нагреве, r— при охлаждении) и цифрами. Ас3при нагреве (или Аr3— при охлаждении) —

переход ↔при температуре910 оС.Ас4(Аr4)- критическаяточка перехода γ↔αпри температуре 1392оС (рис.41).

Рис.40. Криваяохлаждения чистого железа

Железо со многимиэлементами образует твердые растворы:с металлами — растворы замещения, суглеродом, азотом и водородом — растворывнедрения.

В промышленностиобычно используются сплавы железа сдругими элементами. Наиболее широкоприменимы сплавы железа с углеродом -стали и чугуны. Для получения заданныхсвойств в сталь и чугун вводят легирующиеэлементы.

8.1. Диаграмма железо-углерод

Диаграмма состоянияжелезо-углерод дает представление остроении железоуглеродистых сплавов- сталей и чугунов.

8.1.1. Компоненты и фазы в системе железо — углерод

Кроме железа,рассмотренного ранее, в составжелезоуглеродистых сплавов входитуглерод. Углерод(С) являетсянеметаллическим элементом, атомныйномер 6, температура плавления 3500оС. Углеродв обычных условиях находится в видемодификации графита, но может существоватьи в виде метастабильной модификацииалмаза.

Углерод растворимв железе в твердом и жидком состояниях,а также может быть в виде химическогосоединения — цементита (Fe3C),а в высокоуглеродистых сплавах и в видеграфита.

В системе Fe-Cразличают следующие фазы: жидкийсплав, твердыерастворы — феррит и аустенит,а также цементити графит.

Феррит(Ф) — твердый раствор углерода и другихпримесей в α-железе.Различают низкотемпературный α-ферритс растворимостью углерода до 0,02 % ивысокотемпературный δ-ферритс предельной растворимостью углерода0,1%. Под микроскопом феррит выявляетсяв виде однородных полиэдрических зерен(рис.39 б).Феррит пластичен, но обладает низкойпрочностью и твердостью.

Аустенит(А) — твердый раствор углерода и другихпримесей в γ— железе. Предельная растворимостьуглерода в γ— железе 2,14%. Микроструктура аустенита- полиэдрические зерна (рис.41 а).Аустенит облазает высокой пластичностьюи низкими прочностными свойствами.

Рис.41. Микроструктуражелеза, х400: а— аустенит, б— феррит

Цементит(Ц) — химическое соединение железа суглеродом — карбид железа (Fe3C).В цементите содержится 6,67% С. До температур210 оС (А0)цементит ферромагнитен. Он обладаеточень высокой твердостью и очень малойпластичностью. Цементит являетсяметастабильной фазой. В условияхравновесия в сплавах с высоким содержаниемуглерода образуется графит.

Графит— модификация углерода в равновесном состоянии. Он мягок, обладает низкойпрочностью и электрической проводимостью.

Различают диаграммысостояния железо-углерод и железо-цементит.Первая диаграмма соответствуетравновесному состоянию, вторая-метастабильному.

На диаграммежелезо-цементит (рис. 42) дан фазовыйсостав и структура сплавов с концентрациейот чистого железа до цементита (6,67% С).В таблице 2 представлены характерныеточки этой диаграммы.

Точки N(13920C)и G(9110C)соответствуют полиморфному превращениюα↔γ.

Таблица2

Характерные точкина диаграмме железо-цементит

Линии диаграммысостояния Fe-Fe3Cимеют следующие обозначения и физическийсмысл.

АВСD— линия ликвидус, AHJECF— линия солидус.

АВпоказывает температуру, ниже которойпроисходит кристаллизация δ-феррита(Фδ)из жидкого сплава (Ж); ВСсоответствует температуре началакристаллизации аустенита (А) из жидкогосплава; СDсоответствует температуре начала кристаллизации первичного цементита (Fe3CI)из жидкого сплава; АН является температурной границей областижидкого сплава и кристаллов δ-феррита;ниже этой линии существует толькоδ-феррит; HJB — линия перитектического равновесия(14990С)с протеканием перитектической реакции(жидкость состава точки Ввзаимодействует с кристаллами δ-ферритасостава точки Нс образованием аустенита состава точкиJ):

ЖВ+ФНАJ

Линия ECFсоответствует кристаллизации эвтектики- ледебурита(АЕ+Fe3C):

ЖСАЕ+Fe3C.

Структура ледебуритахарактерна для эвтектическогосплава, содержащего 4,3% углерода. Ледебуритимеет сотовое или пластинчатое строение(рис. 43). После охлаждения ниже температуры7270Следебурит представляет собой эвтектическуюсмесь перлита и цементита.

Сплавы, содержащиеменее 0,02% С (точка Р), называются техническим железом(рис. 44, а),имеющего структуру феррита.

При охлажденииниже температуры 7270С(горизонталь PSK)протекает эвтектоиднаяреакция:

АЕФР+Fe3C.

Линия эвтектоидногопревращения соответствует распадуаустенита (0,8% С) с образованием эвтектоида- ферритоцементитной структуры — перлита(ФР+Fe3C) (рис. 44, ж).

Стали, содержащиеот 0,02 до 0,8% С, называются доэвтектоиднымии после полного охлаждения имеютструктуру избыточного феррита + перлит(рис. 44, б-е).В зависимости от возрастания содержанияуглерода будет увеличиваться перлитнаясоставляющая и уменьшаться ферритная.

Рис.43. Микроструктурачугунов, х450: а— доэвтектический чугун (перлит, ледебурит,вторичный цементит), б— эвтектический (ледебурит), в— заэвтектический (первичный цементити ледебурит)

Сталь, содержащая0,8% С, называется эвтектоидной и после охлаждения имеет структуруперлита (рис. 44, ж).Перлит чаще всего имеет пластинчатоестроение, то есть состоит из чередующихсяпластинок феррита и цементита.

Стали, содержащиеот 0,8 до 2,14% С, называются заэвтектоидными и после охлаждения имеет структуруперлита и избыточного цементита, которыйрасполагается по границам перлитныхзерен (рис. 44, з).Выделение избыточного цементита в видесетки или игл делает сталь хрупкой.Поэтому специальной термическойобработкой и деформацией ему придаютзернистую форму (рис. 44, и).

Рис.44. Микроструктурастали в зависимости от содержанияуглерода, х450: а— техническое железо, б-е— доэвтектоидные стали (б— 0,1% С, в— 0,22% С, г— 0,3% С, д— 0,4% С, е— 0,55% С), ж— эвтектоидная сталь (0,8% С), з-и — заэвтектоидные стали (з— 1,3% С, и— 1,1% С)

Сплавы железа суглеродом после окончания кристаллизацииимеют указанную выше различную структуру.Однако фазовыйсостав всех сплавов одинаков: притемпературе ниже 7270Сони состоят из феррита и цементита.

Сплавы на основе железа

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ

РЕФЕРАТ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ НА ТЕМУ:

«Сплавы на основе железа»

Выполнил:

студент 23 группы

Красношеев М.В.

г. Москва 2012

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

 Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов.

Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. 

Различают сплавы железа с углеродом (нелегир. и легир. чугуны и стали), сплавы с особыми физ.-хим. св-вами и ферросплавы.

Железоуглеродистые сплавы делят на стали и чугуны. Стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые могут быть:

• обыкновенного качества (Ст1)
• высокого качества (Сталь 10А)
• инструментальные.

Легированные:

• Низколегированные( до 2%)
• Среднелигорованные
• Высоколегированные (более 10%)

Сталь

деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичностьи вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить.

Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла.

Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. 

Чугун

сплав железа с углеродом с содержанием более 2,14 % (точка эвтектического превращения на диаграмме состояний). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.

Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr,Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью).

Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы.

Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов.

Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец).

Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Алюминиевые сплавы

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu).

Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках).

К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред.

Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость.

При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности.

К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот

О металлах и сплавах

Здравствуйте, друзья! Сегодня я предлагаю рассмотреть некоторые металлы и их сплавы. Постараемся в этой статье охватить все возможности и характеристики металлов и выделим основные их достоинства и качества.

Железо

Железо не считается древним открытием человека. Его начали производить только в 13 веке до нашей эры. Постепенно оно заслуживало все больше значения не только в производстве, но и в деле постройки дома, и др. различных строений.

Без железа и изделий из него, сейчас трудно представить любую хозяйственную и строительную деятельность, хотя справедливости ради надо заметить, что прогресс не стоит на месте, и все чаще железо заменяется различными видами пластика.

Но как бы там не было, есть случаи когда его не заменит ничто. Хотя как знать, прогресс такая штука…

Итак, обычно в работах по металлу применяется не чистое железо, а сплавы – чугун или сталь.

Сплав железа с углеродом

Сплав железа с содержанием углерода, превышающего 2% — есть чугун.
Определение марки стали по искре

Чугун почти не поддается обработке (и уж тем более сверлению), отличается высокой хрупкостью. Применение чугуна весьма ограничено (чаще его используют при литье, всем например известны старые, «добрые» чугунные отопительные батареи).

Сплав железа с содержанием менее 2% углерода – это сталь. Она различается по количеству содержания в себе углерода.

Малоуглеродистый сорт стали (углерод не превышает 0,3%) больше годится для чеканки или ковки вручную, поэтому её ещё называют поделочной. Этот сорт стали превосходно поддается сварке и соответствует высокой стадии ковкости. Плохо поддается закаливанию лишь особо низкоуглеродистая сталь (меньше 0,1% углерода).

Средне-углеродистый сорт стали (сочетает до 0,85% углерода) применяется для производства большинства метало-изделий. Т.н. конструкционная сталь. Отлично поддается закаливанию и ковке, но очень плохо поддаются сварке.

Высоко-углеродистая сталь (сочетание углерода достигает до 1,35%) является самой твердой, и применяется для производства частей механизмов и инструментов, подверженных высокому износу. Эта сталь практически не куется и плохо поддается сварке.

Сталь для разных поделок выпускается в виде заготовок, на производствах. Но выгоднее использовать ее детали, которые пришли в негодность. Чтобы узнать к какому сорту стали относится деталь, есть много различных методов определения.

Существуют специальные таблицы по которым довольно точно можно узнать марку, и даже содержание добавок в стали.

Профили металлов, металлосырье

Листовой металл делится на тонко-листовой и толсто-листовой.

Края листового металла лучше всего обработать стругом, полученным из использованного ножовочного полотна. Абразивным трехгранным бруском вытачиваем в полотне угловой вырез – струг готов.

Стальные трубы производятся бесшовными (цельнотянутые) или сварные (внахлестку). Первые известны как газовые или паровые трубы.

Удобнее всего резать жестяную трубу – консервным ножом. Заход делаем обычной ножовкой.

Трубы из чугуна обычно используются в водо-канализационных системах.

Проволока имеет три (основные) и более видов сечений — квадратное, круглое или прямоугольное. Ее поверхность может быть омедненная, луженая, оцинкованная или неизолированная. Также может быть упругой либо мягкой.

Стержни производятся круглого, шестигранного, квадратного или плоского сечения.

Искусство самостоятельного приготовления легких сплавов могут стать очень полезным. Самое главное не допустить перегрева металла.

Металлы и сплавы

Самые распространенные виды металлов и сплавов являются: —медь, бронза, латунь, алюминий, цинк, свинец, олово, хром, никель, нейзильбер и мельхиор.

 Легкие сплавы

Для поделок как правило используется чистая медь (то есть красная), или различные легкие сплавы.

Красная медь особо подходит для чеканки, она очень ковкая, легко обрабатывается различными хим. веществами, для получения разных оттенков цвета. Кроме того она прекрасно шлифуется и полируется, характеризуется высоким сопротивлением к коррозии.

Минусом же красной меди является её плохая свариваемость (необходимы особые электроды для сварки) и быстрое окисление на открытых воздушных массах, отчего её первоначальный блеск теряется.

Медные заготовки (пруты)

Бронзу получают при сплавлении олова с медью. Заготовки из нее более твердые и прочные, чем из самой меди. Бронза отлично годится для литья и ковки. Готового сплава бронзы, вы вряд ли найдете в продаже. Поэтому мастера чаще производят ее сами.

Листы бронзы и латуни в рулонах

Латунь – есть сплав меди и цинка. В кузнечных делах её используют с отдельными легирующими элементами: алюминием, никелем, свинцом и т. п.

Латунь лучше полируется и режется, нежели красная медь. Она прекрасно покрывается золотом, серебром, никелем. Но латунь в пластичности уступает меди.

Алюминий – легкий, мягкий металл светло-серебристого цвета. Его плотность в три раза ниже чем у стали. Алюминий, а в частности его сплавы (высокопрочный конструкционный, технический деформированный, дюралюминий и пр.), которые широко используются в легкой промышленности, отлично обрабатываются в обычных условиях.

Цинк имеет серебристо-голубой оттенок. При воздействии с кислородом покрывается матовой пленкой, она предохраняет металл от коррозии. Цинк очень полезен для защиты различных черных металлов от коррозии, и в этом он чаще всего применяется (т.н. «оцинковка» — например всем известные водосточные трубы, оцинкованный металл автомобилей, и т.д.).

Цинк в чушках

Свинец – мягок, пластичен и в то же время тяжелый металл. Устойчив к воздействию кислот. Как правило используется для производства легкоплавких припоев, и в электрохимической промышленности.

Олово – пластичный и мягкий металл светло-серебристого цвета. Используется для образования антикоррозийных покрытий. Устойчив к пищевым кислотам и потому широко используется при изготовлении крышек, консервных банок и пр.

Хром – металл светло-синего цвета. Обладает превосходными антикоррозийными свойствами и высокой твердостью. Эффективность изделий из стали или чугуна покрытых хромом, существенно возрастает.

Никель – светло-серебристый металл. Но в отличие от хрома имеет нежный желтоватый оттенок. Более устойчив к воздействиям агрессивных сред. Как и хром имеет широкое использование для защиты декоративных покрытий металлов – так называемая никелировка.

Нейзильбер и мельхиор образуется путем сплавления меди и никеля. Присутствия меди в них достаточно высоко – 82% и 66% соответственно. Из-за этого они отличаются хорошей пластичностью.

Во время обработки уксусного свинца и гипосульфата натрия, дают разные оттенки. Поверхности данных металлов прекрасно полируются и несут ряд других важных особенностей.

На этом заканчиваю статью про металлы и их сплавы.

В дальнейшем предлагаю рассмотреть также свойства и строение древесины. До новых встреч.

С лучшими пожеланиями, Вадим!

Виды и характеристики сплавов железа

Железо считается самым популярным материалом. Его используют во всех отраслях промышленности. Людям этот металл знаком с глубокой древности. Когда кузнецы научились получать чистый материал, он превзошёл известные на то время сплавы, вытеснил их из производства. Сплавы железа появились в результате попыток людей изменить характеристики этого металла.

Состав и свойства

Строение и свойства железа обуславливают его популярность относительно разных отраслей промышленности. Состав представляет собой основной материал с примесями другим веществ. Количество дополнительных металлов не превышает 0,8%. К основным параметрам относятся:

1. Температура плавления — 1539 градусов по Цельсию.
2. Твердость по Бринеллю — 350–450 Мн/кв. м.
3. Удельная масса — 55,8.
4. Плотность — 7,409 г/куб см.
5. Теплопроводность — 74,04 Вт/(м·К) (при комнатной температуре).
6. Электропроводность — 9,7·10-8 ом·м.

Нельзя забывать, что железо считается одним из важнейших элементов в организме человека. Однако он крайне сложно усваивается из пищи. Суточная норма, которую должен употреблять мужчина — 10 мг. Женщины должны потреблять 20 мг этого вещества, чтобы организм работал нормально.

История открытия

Из школьного курса все помнят «железный век». Это период истории, когда человек впервые научился получать этот металл из руды. Железный век приходится на период с 9 по 7 век до нашей эры. Этот металл оказал огромное влияние на развитие людей того времени.

По своим характеристикам он вытеснил смеси цветных металлов. Из него изготавливали орудия труда, оружие, доспехи, материалы для строительства и многое другое. Постепенно кузнецы начали смешивать его с другими металлами, чтобы получить новые материалы.

Так появлялись новые сплавы.

Сферы применения

Этот материл применяется в разных отраслях промышленности:

1. Смеси и однородный металл применяются в машиностроении. Из них изготавливаются внутренние детали, корпуса, подвижные механизмы.
2. Судостроение, самолётостроение, ракетостроение.
3. Строительство — изготовление крепежей, расходных материалов.
4. Приборостроение — изготовление электроники для дома.
5. Радиоэлектроника — создание элементов для электроприборов.
6. Медицина, станкостроение, химическая промышленность.
7. Изготовление оружия.

Если для чего-то не подходит однородный материал, подойдут соединения на его основе, характеристики которых значительно отличаются.

Разновидности сплавов на основе железа

Сплав железа — это соединение, которое состоит из основного металла и дополнительных примесей. Соединения на основе этого материала называются чёрными металлами. К ним относятся:

1. Сталь — соединение углерода с другими элементами. Углерода в составе сплава может содержаться до 2.14%. Выделяют конструкционные углеродистые, строительные, специальные и легированные стали.
2. Чугун — смесь, которая пользуется огромной популярностью. Соединения могут содержать до 3,5% углерода. Дополнительно смеси содержать марганец, фосфор, серу.
3. Перлит — смесь на основе железа. Содержит не более 0.8% углерода.
4. Феррит — его называют чистым материалом. Связанно это с низким содержанием углерода, сторонних примесей (около 0.04%).
5. Цементит — химическое соединение железа с углеродом.
6. Аустенит — соединение с содержанием углерода до 2.14%. Дополнительно имеет сторонние примеси.

Состав и структура сплавов

Из-за большого количество соединений на основе железа была разработана маркировка, по которой можно отделить стали с высоким содержанием углерода от менее углеродистых, определить наличие основных легирующих элементов в составе материала, их количество. Зависимо от количества дополнительных элементов изменяются свойства соединений. К ним относится бор, ванадий, молибден, марганец, титан, углерод, хром, никель, кремний, вольфрам.

Характеристики смесей зависят от их структуры, состава. От этого изменяется прочность, пластичность, температура плавления, плотность, электропроводность и другие параметры. Например, структура чугуна определяет его хрупкость при ударах, больших физических нагрузках.

Свойства и маркировка сплавов

Относительно маркировки, первые цифры, которые идут на маркировке, говорят о процентном содержании углерода в составе. Далее идут заглавные буквы основных легирующих элементов. Начало маркировки могут начинать дополнительные буквы. Они указывают на назначение сплава.

Пластичность и вязкость будут уменьшаться при повышении количества углерода в составе сплава. На другие свойства металлов влияют основные легирующие элементы.

Производство и обработка сплавов на основе железа

Чтобы понять, как получают популярные соединения на основе железа, нужно кратко поговорить о технологиях получения чугуна, стали. Получить сталь можно несколькими способами:

1. Прямая технология. Окатышки железной руды продуваются смесью угарного газа, кислорода аммиака. Процедура проводиться в шахтной печи разогретой до 1000 градусов.
2. Мартеновский метод. Твердый чугун переплавляют с помощью мартеновских печей. Прежде чем закончить процедуру материал насыщается примесями.
3. Электроплавильный способ. С его помощью получают высококачественный материал. Обработка проводится в закрытых печах при температуре до 2200 градусов.
4. Кислородно-конверторный метод. Чугун, расположенный в печи, обдувается смесью кислорода с воздухом, что ускоряет процесс отжига.

Производство чугуна:

1. Подготовка руды. Она дробится до мелкой фракции.
2. Измельчение коксового угля.
3. Дробление флюса.
4. Загрузка в печь.

Для изготовления чугуна используются доменные печи.

Помимо процессов производства смесей, их подвергают дополнительно обработке. Это отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Характеристики улучшаются.

Сплавы железа используются в разных отраслях промышленности. Они обладают разными характеристиками, однако не теряют параметров основного металла, входящего в их состав.

Виды и характеристики сплавов железа Ссылка на основную публикацию