Виды металлов и сплавов их свойства: Виды металлов и сплавов

Содержание

Виды металла, характеристика механических свойств металла

Металлопродукция достаточно популярна в любой сфере деятельности, ведь металл имеет такие свойства, как высокая электропроводимость, теплопроводимость, прочность, доступность и универсальность и многие другие.

Из известных химических элементов 83 — металлы, которые можно использовать, как основной материал для производства сталей, так и для их отделки и работ повышения качественных характеристик.

Металлы разделяют на две основные группы — цветные и черные металлы, каждая группа обладает уникальными свойствами, как внешними, так и качественными.

Виды черных металлов

Черные металлы имеют темный цвет (от темно-серого до черного), обладают полиморфизмом, имеют большую плотность, высокую температуру плавления и высокий уровень твердости.

Черные металлы по своим характеристикам разделаются на отдельные группы:

  1. Железные металлы (ферромагнетики) — к ним относят железо, кобальт, никель, марганец.
    Как добавки к сплавам железа применяют никель, марганец и кобальт. Их используют, как основы для определенных сплавов, похожих на высоколегированные стали.
  2. Тугоплавкие металлы используют, как в качестве основы, так и как добавки к легированным сталям. Температура их плавления выше, чем у железа, чем +1539 градусов;
  3. Урановые металлы (актиниды) часто применяют в атомной энергетике;
  4. РЗМ (редкоземельные металлы), к ним относят лаптан, церий, празеодим, неодим и др. Каждый из этих металлов имеет уникальные физические свойства, применяются они, как добавки к сплавам других металлов. В природе они образуют смесь, которую сложно разделять на отдельные металлы, поэтому в металлургической промышленности используют ее цельную. Называется мишметалл, содержит в себе 40-45 % Се и другие редкоземельные металлы. Такими смешанными сплавами считают дидим (сплав в основе которого неодим и празеодим), ферроцерий (цений и железо в основе) и другие.
  5. Щелочноземельные металлы
    , они применяются только в редких особых случаях (теплоносители в атомных реакторах).

Применение металлов берет свои корни в те времена, когда еще не было металлургии, но уже применялись такие металлы, как серебро и золото, так как они встречаются в природе в чистом виде и не нужны специализированные методы и техника, чтобы их добывать. Далее начали применять такие металлы. Как олово, свинец, железо. Большая часть металлов была открыта в 19 веке. По статистике на сегодняшний день наиболее распространенный металл в металлургии — железо, благодаря его свойствам: доступная стоимость высокий уровень механических свойств, возможность массового изготовления, распространенность в природе.

Виды цветных металлов

Цветные металлы также используются в металлургической промышленности.

Разделяют цветные металлы на три основных вида:

  1. Легкие металлы, главной характеристикой которых является низкий уровень плотности. Сюда относят магний, бериллий, алюминий. Изделия из таких металлов обладают значительно меньшей массой, чем, например, изделия черного металла.
  2. Благородные (дорогие) металлы — золото, серебро, платина, родий, осмий, и т.д. Они достаточно крепкие, высокий уровень устойчивости к коррозиям, но имеют высокую стоимость, поэтому в металлургической промышленности используются в очень редких случаях.
  3. Легкоплавкие металлы — кадмий, цинк, ртуть, олово, свинец, сурьма, галлий и т.д.

Характеристика механических свойств металлов

Очень важный момент в использовании какого-либо вида металла в производстве, это его механические свойства. Под этими характеристиками подразумевается поведение металла под действием приложенных внешних механических сил. К ним относят:

  • Сопротивление металла деформации;
  • Пластичность;
  • Вязкость;
  • Температуростойкость;
  • Способность не разрушаться при наличии трещин.

При оценке механических свойств металла существуют критерии, которые делятся на группы:

  • Критерии, определяемые вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия. Оценку по таким критериям проводят путем растяжения, сжатия, изгиба металла, а также его твердости и ударного изгиба с надрезом.
  • Критерии конструктивной прочности металлических материалов, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия, характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации. К таким критериям относят надежность металла, а именно вязкость, долговечность и т.д. Испытывают металл статистическими и динамическими методами. Важный момент, это сопротивление к разрушению при присутствии трещин, так как они под нагрузкой на металл, сильно меняют его поведение, так как являются концентраторами напряжения. Также к критериям данного типа относятся свойства, которые напрямую влияют на долговечность металла — сопротивляемость к коррозиям, износостойкость, прочность и т. д.
  • Критерии оценки прочности конструкции в целом. При этих испытаниях выясняется степень влияния на металл напряжений, дефектов, а также технологий изготовления из металла изделия.

Для характеристик металла важны все этапы проверки его по критериям, так как в основном во всех видах производства и строительства на металл возлагается главная задача, и материал не должен поддаваться деформациям м коррозиям.

Изделия металлопроката применяются во всех видах производственной деятельности: в машиностроении, легкой промышленности, строительстве, мебельной промышленности, судостроении, авиастроении и т.д.

Купить качественный металлопрокат вы можете у нас, Металлобаза «УМП» предлагает широкий ассортимент металлопроката по доступной цене и на выгодных условиях. Также мы предоставляем услуги доставки, удобной для вас, и услуги порезки, которая совершается по современным технологиям с профессиональным подходом.

Все о металлах - виды металлов и сплавов

Металлы и их сплавы - один из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов. Все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить механические, электрические, магнитные, термические свойства многих металлов.

Люди узнали о существовании металлов еще на заре цивилизации. Они обнаружили, что некоторые камни, которые потом назвали рудой, при нагреве превращаются в блестящее вещество - металл, который при высокой температуре является жидкостью, а при комнатной - твердым телом. Для практического применения металлов и изготовления металлических изделий (оружия, сельскохозяйственных орудий) люди научились обрабатывать металл. Возникли первые технологии обработки металлов.

Металлургия - область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд или других материалов, изменения химического состава, структуры и свойств металлических сплавов, придания металлу определенной формы. Металлургия является одной из наиболее динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Развитие производственных мощностей металлургии заметно опережает динамику роста мировой индустрии. Конкуренция в отрасли велика, поставки импортной продукции нарастают. Так, по данным IISI, мировое производство стали за 2006 г. составило 1,219 млрд т, что на 7,93% выше уровня предыдущего года.

Раздел содержит справочную информацию об основных промышленных металлах: нахождение в природе, физические и химические свойства, получение и промышленное применение металлов, а также биологическое воздействие металлов и их соединений на человека. Вы можете выбрать интересующий Вас металл, кликнув по ссылке в левом меню страницы.

В настоящее время существует базовая классификация видов металлов, определяющая три основные группы: черные, цветные и благородные металлы. Последние иногда включают в группу цветных металлов. Черные и цветные металлы применяются почти во всех сферах промышленного производства, благородные металлы служат еще и средством сохранения и накопления стоимости.

Черные металлы

Черные металлы - это железо и сплавы на его основе. Сюда входят все виды чугунов и сталей. К черным металлам также относят марганец и ванадий. Процесс производства черных металлов называется черной металлургией. Литье чугуна и стали традиционно считалось одной из составляющих частей индустриальной мощи любой крупной страны. Производство тугоплавких металлов и ферросплавов также относится к области черной металлургии.

Цветные металлы

Другой вид металлов, цветные металлы, включает в себя большую часть металлических элементов таблицы Менделеева, за исключением черных металлов и тяжелых трансурановых элементов. В эту группу относят всем знакомые медь и олово, алюминий и титан, тантал и цирконий, а также редкоземельные элементы. Цветные металлы делятся на две большие группы: тяжелые и легкие цветные металлы. Тяжелые - это прежде всего медь, никель, свинец, цинк, а легкие - это алюминий, магний, титан. Для выплавки тегких цветных металлов требуется огромное колличество энергии, поэтому алюминий иногда называют металлическим эквивалентом электрической энергии. Российская Федерация располагает практически всем набором цветных металлов и является ведущей мировой державой в области цветной металлургии.

Благородные металлы

Среди всех видов металлов благородные металлы обладают тем свойством, что практически не подвержены окислению. В группу благородных металлов входят золото, серебро, платина, палладий и другие металлы платиновой группы. Для всех благородных металлов характерна повышенная химическая устойчивость и блеск. Основные области применения этого вида металлов - это ювелирная промышленность, электроника, медицина, изготовление защитных поверхностей и катализаторов. Из-за своей высокой стоимости и устойчивости к воздействию внешней среды, металлы этой группы (в основном золото) используются как средство сбережения, государства накапливают золото как консервативную часть своих золотовалютных резервов.

Виды металла: классификация и сферы применения

Металлы – обобщенное название химических элементов, объеденных по ряду признаков. В периодической таблице они занимают большую часть, однако до сих пор не существует документа, позволяющего разделить их на классы.

Отличаются металлы в первую очередь своими качественными характеристиками. Какие-то имеют высокую теплопроводимость, другие выдерживают высокие нагрузки на разрыв и растяжение. В зависимости от этих качеств определяется и сфера применения, но металлы в природном виде, даже очищенные, не обладают необходимыми показателями в достаточном виде, поэтому применяется технология сплавов, то есть соединения нескольких элементов в одну молекулярную решетку. Это позволяет существенно улучшить характеристики, и придать сплаву необходимые качества.

Простой пример: возьмем распространенный в промышленности сплав бронзу. Это соединение, где основным элементом выступает медь. В качестве легирующего, то есть улучшающего качество, компонента используется олово. В результате соединения получается новый металл, более твердый и упругий по сравнению с чистой медью, который часто используют для изготовления крепежа.

Основные виды классификации металлов

Существует несколько видов классификации металлов. Начнем с основного типа – деления на две большие группы: черные и цветные. Черные металлы отличает высокая температура плавления, плотность и повышенная твердость. Цветные металлы, в большинстве случаев, плавятся при более низких температурах и обладают повышенной электро и теплопроводимостью.

Такое разделение обусловлено распространением элементов в природе. На добычу черных элементов приходится более 90 процентов от всей массы добываемых металлов, в то время как на цветную группу приходится не более 5-10 процентов. Необходимо отметить, что виды классификации являются условными, и используются в зависимости от назначения конечного продукта, который производят из этих металлов. Так, для изготовления крепежа используется классификация по техническим характеристикам, а для изготовления сложных сплавов химическая и кристаллическая. Рассмотрим эти виды подробнее.

Химическая классификация металлов

Все элементы в периодической таблице делятся на четыре основных группы, маркируемые латинскими буквами:

  • S. Отмечены розовым цветом.
  • P. Желтые элементы.
  • D. Бирюзовый цвет.
  • F. Зеленые элементы в таблице.

Каждая группа содержит в себе металлы. Элементы из первых двух категорий (S и P) называют простым видом, а элементы из групп D и F переходным. Также каждая группа делится еще на несколько категорий. В группу S входят щелочные и щелочеземеленые металлы, а в группы D и F платиновые, урановые и редкоземельные. При этом в каждой группе существуют исключения, из чего можно сделать вывод, что деление металлов по химическим группам является условностью, и редко применяется в практических сферах. Такое деление интересно только для научных изысканий, и практически не применимо в промышленности и производстве. Например, изготовление крепежа отталкивается от технических аспектов, и лишь в малой степени от химических.

Классификация металлов по кристаллической решетке

Все элементы имеют, так называемую, кристаллическую решетку. Абстрактная структура, определяющая расположение атомов и электронов, а также их привязку к ядру. В аморфных материалах, таких как стекло, атомы расположены хаотично, и не имеют строгой конструкции. В отличие от металлов, которые в твердом виде обладают строго структурированной решеткой, с четким построением молекулярных элементов. Всего разделяют 4 вида кристаллических решеток, которые проще представить в виде таблицы:

Это наиболее распространенные типы кристаллических решеток, часто встречающиеся у металлов. В общей сложности система классификации насчитывает 14 конфигураций, но у металлов они или встречаются крайне редко, или не встречаются вообще. Также следует отметить, что правильное построение решетки возможно только при естественном затвердевании металла, без искусственных ускорений. Если процесс остывания был ускорен, форма решетки изменится. В производстве это называют закаливанием, в результате которого меняется не только молекулярная структура, но и технические свойства.

Также, при нарушении норм производства металлического проката, может наблюдаться замена в кристаллической решетке. Это ведет к полному изменению качеств готового изделия. Чтобы условия производства соблюдались, были разработаны нормы стандартизации, гарантирующие четкое соответствие готового проката техническому описанию его свойств.

Техническая классификация металлов

Наиболее полную систему классификации предложил профессор Гуляев, хотя современные ученые и не согласны с некоторыми ее аспектами, ничего нового пока предложено не было. Итак, черные металлы делят на 5 основных подгрупп:

  1. Железные металлы. Сюда входят марганец, кобальт, никель, и конечно, железо. Наиболее распространенная в природе группа, используемая в сплавах как основной компонент.
  2. Тугоплавкие. Элементы, имеющие высокую температуру расплавления. В качестве эталона принята мера в 1539 градусов по Цельсию.
  3. Редкоземельные. Дорогостоящие в плане добычи и обработки элементы, к которым относят неодим, европий, самарий и другие металлы, используемые в качестве присадок к основному сплаву. Способны даже при небольшом проценте вмешательства существенно повысить или полностью изменить характеристики сплава.
  4. Щелочные. Особая группа, практически не применяемая в чистом виде. Чаще всего используются в атомной энергетике. Сюда относят: литий, барий, радий и другие.
  5. Урановые. Торий, уран, плутоний. Применяются исключительно в атомной энергетике.

Цветные металлы также делят на несколько подгрупп. Их три:

  1. Легкие. Алюминий, магний, бериллий. Обладают низким удельным весом и часто применяются в авиастроении и прочих сферах, где необходим твердый, но в то же время легкий материал.
  2. Легкоплавкие. Металлы с наиболее низкой температурой плавления: цинк, олово, свинец. Используются как в чистом виде, в качестве припоя и соединительного элемента, и как легирующие добавки, повышающие или изменяющие характеристики сплава.
  3. Благородные или драгоценные металлы. Наиболее редкие элементы, к которым относят: золото, серебро, палладий, платину. Обладают максимальной устойчивостью к коррозии и окислению, благодаря чему получают широкое распространение в различных промышленных сферах.

Практически все металлы из двух групп поддаются смешению, то есть производству из них сплавов с необходимыми техническими характеристиками.

Классификатор металлов по ГОСТ

Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение. Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики. Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.

Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента. То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны. Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.

Классификация металлов

Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:

  1. Стали,
  2. Чугуны,
  3. Сплавы на основе цветных металлов.

Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:

  • углеродистая,
  • легированная,
  • специальная.

Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода. Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента. Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.

Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла. Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной. Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.

Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:

  1. инструментальная,
  2. конструкционная,
  3. специальная

В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.

Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец. Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%. В данном случае сюда добавлены медь и кремний.

Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:

  • строительная,
  • подшипниковая,
  • арматурная,
  • котельная,
  • автоматная.

Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.

Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:

  1. белый,
  2. отбеленный,
  3. и графитизированный.

У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:

  • серый,
  • вермикулярный,
  • ковкий
  • и высокопрочный.

Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.

И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:

Алюминиевые сплавы:

Медные сплавы:

Поиск сплава в классификаторе ГОСТ

Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.

Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.

Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.

Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.

Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.

Сферы применения основных металлов

Рассматривать радиоактивные и редкоземельные металлы не имеет смысла, так как в производстве крепежа они практически не принимают участия, как и в других сферах, не связанных с атомной энергетикой и некоторыми редкими видами промышленности. Нас интересуют основные металлы и сплавы рассмотренные выше.

Сферы их применения очень разнообразны:

  • строительство,
  • авиастроение,
  • машиностроение,
  • производство инструментов,
  • металлоконструкции,
  • станкостроение.

И так далее. Изготовление крепежа можно отнести нескольким категориям, но по сути, это металлоконструкции, называемые в народе Метизы. Для производства метизов используются десятки различных металлов и сплавов, от конструкционной стали и чугуна, до сложных сплавов на основе титана и меди.

Коротко по каждому виду, применяемому для изготовления крепежей

Перед тем как перейти к описанию конкретных видов металлов и сплавов, необходимо определиться, какие основные технические требования предъявляются к продуктам, попадающим под категорию «крепеж». Их несколько:

  • прочность учитывается прочность на разрыв и излом.
  • Пружинистость. Возможность металла возвращать изначальную форму после сжатия.
  • Устойчивость к коррозии и окислению. Актуально для всех видов крепежа.

И многое друге. Теперь поговорим о конкретных металлах и сплавах. Их список выглядит следующим образом:

  1. Алюминий и сплавы на его основе,
  2. Медь,
  3. Латунь,
  4. Бронза,
  5. Инструментальная сталь,
  6. Легированная сталь,
  7. Ковкий чугун,
  8. Сталь нержавеющая.

Начнем по порядку: первый пункт – это алюминий и сплавы на его основе. Он применяется при изготовлении клепок и различных зажимов. Также в клепках может быть использована медь для повышения качества метиза. Помимо этого из меди изготавливают гайки специального назначения. Они используются, в частности, при судостроении, так как медь при контакте с другими металлами не создает искру.

Латунь и бронза отличаются повышенной, по сравнению с медью, прочностью, поэтому из них изготавливают различные шпонки, элементы анкеров, а также болты, шурупы и винты. Еще одна особенность этих сплавов заключается в отсутствии скипания. То есть при электрическом замыкании, сталь сплавляется, а медь остается цельной и не разрушается.

Из легированной и конструкционной стали изготавливаются барашковые гайки, струбцины и прочие удерживающие элементы. Это обусловлено высокой прочностью этих марок. Нержавеющая сталь, в свою очередь применяется там, где необходима максимальная устойчивость к коррозии. Что касается чугуна, то он чаще всего применяется при производстве запорной арматуры, то есть вентилей и запоров.

Какие бывают виды металлов и сплавов?

Металлы окружают нас повсюду: их них сделаны автомобили, каркасы домов, бытовая техника, смартфоны и многие другие изобретения человечества. Но много ли мы о них знаем? Первое, что нужно знать о металлах — это то, что они делятся на черные и цветные. Из этих разновидностей металлы разделяются еще на несколько больших групп, в зависимости от их свойств. Давайте сразу же перейдем к конкретике. В этом материале мы вкратце разберемся, по каким признакам металлы разделяются по разным группам и в каких отраслях они применяются.

На сегодняшний день науке известно более 90 видов металлов и все они используются в самых разных сферах

Характеристика металлов

Металлы — это группа из более 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. В природе они редко обнаруживаются в чистом виде, поэтому их чаще всего добывают из руды. Так называют вид полезных ископаемых, которые представляют собой соединение нескольких химических компонентов, вроде минералов и тех же самых металлов. Металлам характерны несколько свойств, по которым их разделяют по группам:

  • твердость — сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела;
  • прочность — стойкость к разрушению под воздействием внешней нагрузки;
  • упругость — изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление ее после того, как эти силы перестают на нее воздействовать;
  • пластичность — изменение формы материала под внешним воздействием и сохранение ее после устранения этого воздействия;
  • износостойкость — сохранение хорошего внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения;
  • вязкость — способность материала вытягиваться под воздействием внешних сил;
  • усталость — свойство материала выдерживать многократные нагрузки;
  • жароустойчивость — сопротивление окислительным процессам при нагревании до высоких температур.

Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что из него можно будет изготавливать ручки дверей больниц и других общественных мест.

Черные металлы

Три главные особенности черных металлов: большая плотность, высокая температура плавления и темная окраска. Так как с черными металлами в чистом виде тяжело работать, в них добавляют легирующие компоненты — примеси для изменения физических и химических свойств основного материала.

Чтобы придать черным металлам форму, их сначала нагревают до высоких температур, а потом прессуют

Черные металлы делятся на 5 подгрупп:

Железные металлы

К ним относятся кобальт, никель и марганец. Они применяются как добавки к железу — чаще всего, из сплавов получают прочную сталь, которая используется в изготовлении различных деталей для крупной техники, ножей и других изделий.

Из стали изготавливаются прочные и красивые ножи причем не только кухонные

Тугоплавкие металлы

К этой подгруппе относятся ниобий, молибден, вольфрам и рений. Их общей чертой является то, что ох температура плавления выше, чем у железа — то есть, составляет более 1539 градусов Цельсия. Из них, как правило, изготавливают детали для техники и нити накаливания для различных лампочек.

Нити накаливания в лампочках, как правило, сделаны из вольфрама

Урановые металлы

В эту группу входят уран, калифорний и другие радиоактивные металлы. Они используются исключительно в отрасли атомной энергетики.

В древние времена уран использовался для изготовления желтой посуды

Редкоземельные металлы

В эту классификацию входят лаптан, празеодим, неодим и другие металлы. Все они серебристо-белого цвета и имеют практически полностью одинаковые химические свойства. Свое название редкоземельные материалы получили потому, что их трудно найти в земной коре. Они используются в атомной энергетике и машиностроении. Например, из редкоземельных металлов можно создавать стекла, которые не пропускают через себя ультрафиолетовые лучи.

Редкоземельный элемент скандий используется в ртутно-газовых лампах

Щелочноземельные металлы

В эту подгруппу входят бериллий, магний, кальций, радий и другие металлы. Все они окрашены природой в серый цвет и при комнатной температуре всегда остаются в твердом состоянии. В чистом виде они практически нигде не применяются, за исключением атомных реакторов.

Щелочноземельный элемент бериллий используют для изготовления рентгеновских трубок, через которые лучи выходят наружу

Это интересно: Роботы из жидкого металла могут появиться уже в ближайшем будущем

Цветные металлы

Цветные металлы стоят дороже черных, потому что более востребованы в мире. Они нужны при изготовлении автомобилей, строительстве домов и в области высоких технологий — именно они являются основными материалами при изготовлении смартфонов и другой электроники. В сфере строительства они нужны для изготовления всевозможных арматур, балок, уголков и так далее.

Железо и его сплавы относятся к черным металлам, а все остальное — это цветные металлы

Цветные металлы принято разделять на три группы:

Тяжелые металлы

Самыми яркими представителями этой категории цветных металлов считаются медь, латунь и бронза. Наибольшим спросом среди них пользуется медь, потому что она — отличный проводник электрического тока и широко применяется в электронике. Из латуни изготавливают различные проволоки, подшипники и другие металлические элементы. Из бронзы нередко делают памятники, потому что она не боится дождя, снега и механических повреждений.

Несколько лет назад ученые выяснили, что медь способна предотвратить распространение вирусов

Легкие металлы

Самые популярные легкие металлы, это алюминий, магний и титан. Их довольно легко расплавить, а также они легче черных металлов. Благодаря устойчивости к коррозии, высокой пластичности и небольшой массе, алюминий активно используется в строительстве самолетов и автомобилей. Магний широко применяется в изготовлении корпусов для различной техники, начиная с фотоаппаратов и заканчивая двигателями. Титан отличается высокой прочностью и небольшой массой, поэтому применяется при изготовлении космических ракет.

В воздухе алюминий мгновенно покрывается пленкой, которая защищает ее от возникновения ржавчины

Благородные металлы

К благородным металлам относятся золото, серебро и платина. Из-за сложности добычи и своей красоты, они считаются самыми дорогими разновидностями металлов. Их стоимость постоянно меняется и их можно купить в банках, тем самым вложив в них свои деньги. Также благородные металлы широко используются в ювелирном деле. Из них изготавливаются кольца, браслеты и прочие украшения.

Про алюминий можно почитать в материале про самые ценные металлы в мире

Виды сплавов

Сплавами называют материалы, которые состоят из двух и более металлических компонентов. Как правило, сплавы состоят из основы, в которую входят несколько металлов, и так называемых легирующих элементов — они необходимы, чтобы придать сплаву мягкость, эластичность и другие свойства. Чаще всего в промышленности применяются смеси с использованием железа и алюминия, но вообще существует более 5 тысяч разновидностей сплавов.

В большинстве своем металлы, с которыми мы взаимодействуем — это сплавы

Сплавы делятся на два вида: литые и порошковые. Литые сплавы получаются путем смешивания расплавленных компонентов. А порошковый метод получения сплавов подразумевает прессование порошков нескольких металлов и их последующее спекания при высоких температурах.

Из металлических сплавов сегодня изготавливается практически все, вплоть до скамеек

По назначению сплавы делятся на конструкционные, инструментальные и специальные. Конструкционные сплавы предназначены для изготовления деталей автомобилей. Из инструментальных сплавов, как можно понять из названия, изготавливают инструменты — например, различные молотки и ножи. А специальные сплавы используются для изготовления деталей специального назначения — например, для предотвращения трения.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Как видно, металлов очень много и они сильно друг от друга отличаются. На тему металлов также рекомендую почитать материал, в котором я рассказал о самых интересных разновидностях этого материала. Вот знаете ли вы, как называется самый редкий металл на нашей планете и как его добывают?

Металлы и сплавы

Металлы и сплавы

Подробности
Категория: Металл

Металлы и сплавы 

                                                
В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.
Сталь и чугун — это сплавы железа с углеродом. Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.


В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун — хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве.
Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и твердой.

                      
Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.


Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.


Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.


Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху. Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

                        
Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.


Бронза — желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.


Латуньсплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.


Дюралюминийсплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

 

                     


Основные свойства металлов


Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами. Одни из них мягкие, вязкие, другие твердые, упругие или хрупкие. Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.


Физические свойства.


К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления.


Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.
Металлы различаются по цвету. Например, стальсероватого цвета, цинксиневато-белого, медьрозовато-красного.
При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.


Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.


Удельный весвес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.


Теплопроводностьспособность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.


Температура плавлениятемпература, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.


Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.


Механические свойства.


К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.
Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.


Прочность способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.


Твердостьспособность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела. Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.


Упругостьсвойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки. Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.


Пластичностьспособность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.


Вязкостьспособность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится. Чугун — хрупкий металл. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Основные виды металлических сплавов, типы и свойства.

Сплавы представляют собой вещества структурно однородные и содержащие в своем составе из двух или нескольких химических элементов в основном металлы. Базой для изготовления большинства сплавов используется до несколько металлических материалов с добавлением модифицирующих и легирующих примесей. Кроме того, сплав может содержать оставшиеся включения естественного, случайного и технологического происхождения.

   В зависимости от технологии производства выделяют две категории сплавов:

1. Литые. Для их изготовления используется достаточно популярный метод – кристаллизация однородной консистенции на основе горячих частиц.

2. Сплавы порошковые. Формируются в результате воздействием пресса на смесь различных порошков, которые отправляются в специальную печь и проходят цикл высокотемпературной обработки. Для исходного сырья используют металлический порошок и нескольких химических соединений. К примеру, производство твердых сплавов подразумевает использование карбидов вольфрама или титана.

   С учетом способа получения готового материала выделяют 2 разновидности сплавов:

1. Литейные (к ним относятся чугуны и силумины).

2. Деформируемые (порошковые сплавы и стальные).

В разных промышленных отраслях применяется множество подвидов сплавов – инструментальные, специальные, конструкционные. В зависимости от сфер применения их разделяют на несколько типов. К конструкционным сплавам относят чугунные заготовки, сталь, дюралюминий и составы с особыми свойствами, к примеру, антифрикционные характеристики и устойчивость к искрению.

   Также в эту категорию входят такие материалы:

1. Латунь.

2. Бронза.

3. Сплавы для изготовления подшипников.

4. Баббит.

5. Сплавы для электронагревательного и измерительного оборудования.

6. Нихром.

7. Манганин.

8. Заготовки для производства режущих инструментов.

9. Победит.

Также для промышленных целей подходят устойчивые к коррозии, термостойкие, легкоплавкие, температурно-электрические, магнитные и аморфные сплавы. Количество разновидностей, которые используются в настоящее время достаточно большое и постоянно увеличивается. Сплавы классифицируют по двум признакам:

1. Материалы на базе железа.

2. Цветные сплавы металлов.

Ниже представлены самые популярные и важные сплавы для промышленного производства с основными сферами их эксплуатации.

Сталь.

Под сталью подразумевается соединение железа с углеродом (концентрация последнего составляет 2%). Из-за включении различных легирующих примесей как ванадий, хром или никель, стал приобретает легированные свойства.

Их всех существующих разновидностей сплавов по объемам поставок и производства, стали занимают ведущие места. Области их эксплуатации очень широкие, поэтому указать все сферы достаточно сложно.

Малоуглеродистые стали куда входит до 0,25% углерода, используются для конструкционных целей, а те, где процент значительно выше (от 0,55) применяются в производстве низкоскоростных режущих аппаратов, сверл и бритвенных лезвий. Легированные подвиды востребованы в машиностроительной отрасли и при изготовлении быстрорежущего оборудования.

Чугун.

Сплав железа с 2-4% углерода называется чугуном. Еще одним незаменимым элементом этого материала является кремний. Чугунные сплавы используются при изготовлении различной продукции с утилитарными функциями, к примеру, крышки канализационных люков, арматура трубопроводов, двигательные блоки цилиндров. Грамотно отлитое изделие обладает улучшенными механическими характеристиками.

Медные сплавы.

Эта категория сплавов представлена различными подвидами латуни, т.е. материалами на основе меди с включением от 5 до 45% цинка. Если к латуни добавляется от 5 до 20% цинка, ее называют красной (томпаком), а при концентрации цинка в пределах 20-36%, сплав получает название желтая латунь (альфа-латунь).

Данная разновидность широко востребована при изготовлении мелких деталей, которые нуждаются в особой обрабатываемости и точности.

Кроме того, для промышленных целей используют сплавы меди с добавлением алюминия, кремния и олова или бериллия.

К примеру, фосфористая и кремнистая бронза (сплав медный с добавлением кремнием) имеет отличные прочностные характеристики и используются при производстве мембран и пружин.

Свинцовые сплавы.

Незаменимые материалы для процесса пайки. В обычном припое содержится 1 часть свинца и 2 части олова. Металлический сплав востребован для пайки электропроводов и составляющих трубопроводов.

На основе сурьмяно-свинцовых сплавов изготавливают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумулятора. Сплавы, использующие кадмий, олово и висмут, обладают точкой плавления, которая намного ниже показателя кипения жидкости (70°C). Из-за этой особенности их применяют при производстве клапанов противопожарного оборудования спринклерных систем.

Сплав пьютер, незаменим для изготовления декоративной кухонной утвари и ювелирных изделий, состоит на 85-90% из олова. Оставшаяся часть состава – свинец. Также свинец добавляют при разработке так называемых баббитов, которые являются подшипниковыми сплавами. В составе свинцовых сплавов также присутствует мышьяк, олово и сурьма.

Легкие сплавы.

В машиностроении востребованы легкие сплавы с улучшенными прочностными свойствами, устойчивостью к высоким температурам и механическим воздействиям. В качестве исходного сырья для изготовления материала используют бериллий, магний, титан и алюминий. Не все сплавы из магния и алюминия подходят для эксплуатации в высокотемпературной и агрессивной среде.

Алюминиевые сплавы.

В эту категорию входят литейные сплавы (алюминий и кремний), для литья под высоким давлением (магний и алюминий), и сплавы интенсивного закаливания высокой прочности на основе алюминия и меди.

Основным преимуществом алюминиевых сплавов является их невысокая стоимость и прочность при невысоких температурах, а также легкость обработки. Заготовку достаточно просто ковать, штамповать или использовать для волочения, экструдирования и глубокой вытяжки.

Материал легко поддаются сварке и обрабатывается при помощи металлорежущего оборудования. Эксплуатационные характеристики алюминиевых сплавов теряются при повышении температуры до 175°C. Но за счет формирования оксидной пленки на поверхности, они не боятся коррозийных процессов при нахождении в различных агрессивных условиях.

Сплав не плохо проводит электрическую энергию и тепло, характеризуется усиленными отражательными свойствами, немагнитностью и безвредностью для здоровья человека при взаимодействии с продуктами питания (изделия из алюминия не подвергаются появлению ржавчины, не имеют какого-либо цвета и вкуса). Кроме того, сплавы алюминия защищены от взрыва, т.к. они не образуют искр и могут подавлять энергию ударов.

За счет перечисленных особенностей алюминиевые сплавы широко применяются в автомобилестроении, вагоно- и самолетостроении, в строительстве, для монтажа линий электропередач высокого напряжения и в пищевой промышленности. Наличие незначительного количества железа в составе сплавов повышает запас прочности при высокотемпературном воздействии, но негативно сказывается на устойчивости к коррозии и пластичности при комнатной температуре.

Магниевые сплавы.

Данный тип сплавов отличается небольшим весом и прочностью, а еще улучшенными литейными свойствами. Обрабатывать материал достаточно легко методом резания. В связи с этим, магниевые сплавы нашли применение в ракето- и авиастроительной сферах, где их используют для производства двигателей, колес, корпусов, топливных баков и прочих комплектующих.

Отдельные разновидности сплавов характеризуются повышенным коэффициентом вязкостного демпфирования, из-за этих свойств их применяют при производстве движущихся элементов средств транспортных и составляющих конструкций, которые используются в условиях высоких вибраций.

Из недостатков магниевых сплавов выделяют мягкость, неустойчивость к износу и недостаточную пластичность. Однако заготовку легко формировать путем термической обработки. Кроме того, сплавы магния подходят для обработки газовой, электродуговой и контактной сварки. Для качественной защиты сплавов от коррозии их покрывают специальной оболочкой.

Титановые сплавы.

По эксплуатационным характеристикам титановые сплавы в разы лучше магниевых и алюминиевых, в области прочности и степени упругости. При увеличенной плотности они характеризуются особой стойкостью к механическим воздействиям, уступая только бериллиевым сплавам.

В составе титановых сплавов присутствует минимальная концентрация азота, углерода и кислорода, учитывая это они достаточно пластичны. За счет невысокой электрической проводимости и низкого коэффициента проводимости тепла, сплавы титана устойчивы к износу и истиранию, да и прочность их гораздо выше, чем у других из группы магниевых сплавов.

Ползучесть отдельных сортов при среднем напряжении достигает 90 МПа, оставаясь на этом уровне при нагреве до 600°C, что намного выше предельной отметки у магниевых и алюминиевых сплавов. Сохраняют ковкость сплавы с титаном до температуры 1150°С, поэтому для их обработки разрешено использование электродуговой сварки с инертным газом или точечной и шовной сварки.

Обрабатывать материал с помощью технологии резания неоправданно, что объясняется быстрым схватыванием режущего приспособления. Плавку сплавов титана выполняют в вакуумных условиях или управляемой атмосфере для исключения проблемы выброса врезных примесей кислорода и азота в среду окружающую.

Титановые сплавы, как известно широко применяются в космической и авиационной промышленности. На их основе производятся различные механизмы и детали, которые эксплуатируются в температурных пределах от 150 до 430°C. Также из титана изготовляются составляющие специализированного химического оборудования.

Из титано-ванадиевых сплавов разработана уникальная легкая броня для техники и кабин летчиков в боевых самолетах. А для изготовления реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов основным материалом является сплав алюминия, титана и ванадия.

Бериллиевые сплавы.

Имея прекрасную пластичность, бериллиевый сплав превосходит другие металлические сплавы по удельной прочности. Для его производства используется принцип добавления хрупких зерен бериллия в мягкую пластичную основу, например, в разогретое серебро.

Являясь материалом с низкой плотностью, бериллиевый сплав активно применяется при разработке систем наведения ракет. Модуль его упругости выше, чем у стали или бериллиевой бронзы, что позволяет использовать материал для производства пружин и контактов в электрических схемах.

В чистом виде сплав применяется в качестве замедлителя и отражателя нейтронов в ядерных реакторах. За счет возможности формирования защитной оксидной пленки, он сохраняет свои эксплуатационные показатели при воздействии высоких температур.

Основная сложность при обработке сплава связана с его токсичностью. Пары от разогретого бериллия способствуют развитию опасных проблем со здоровьем, включая заболевания органов дыхания и дерматит.

Металлические изделия на основе различных сплавов вы можете купить через наш сайт. Промышленная компания «Кварто» включает большое количество российских поставщиков металлопродукции из разных регионов. На складах нашего предприятия в Московской области хранится цветной и нержавеющий прокат, продукция из специализированных сплавов и сталей, а также уникальное сырье металлургической промышленности.

Кроме того, мы занимаемся резкой, литьем металла на основе предоставленных заказчиком чертежей и документации. В процессе производства предусматривается строгий контроль с применением ультразвукового и химического оборудования.

Применение металлов и их сплавов — урок. Химия, 8–9 класс.

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.

 

Рис. \(1\). Конструкция из стальных балок

Рис. \(2\). Радиатор центрального отопления

Рис. \(3\). Детали, 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.

 

Рис. \(4\). Нагревательные элементы бытовых электроприборовРис. \(5\). Краны для водопроводов

Рис. \(6\). Металлическая пружина

 

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.

 

Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавленияРис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

 

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.

 

Рис. \(9\). Ювелирные изделия из сплавов золота

 

Сплавы в искусстве

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.

 

Рис. \(10\). Бронзовая скульптура

  

Рис. \(11\). Колокола из специального сорта бронзыРис. \(12\). Чугунная лестница —  практично и красиво

Источники:

Рис. 1. Конструкция из стальных балок https://cdn.pixabay.com/photo/2019/09/07/16/14/steel-scaffolding-4459235_960_720.jpg

Рис. 2. Радиатор центрального отопления https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/12/19/00/radiator-2845463_960_720.jpg

Рис. 3. Детали, отлитые из чугуна https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/15/18/47/fence-2854829_960_720.jpg

Рис. 4. Нагревательные элементы бытовых электроприборов https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/7/7d/%D0%9A%D0%B8%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%BA.JPG Общественное достояние

Рис. 5. Запорные краны для водопроводов  https://cdn.pixabay.com/photo/2020/02/01/21/11/water-crane-4811466_960_720.jpg

Рис. 6. Металлическая пружина https://cdn.pixabay.com/photo/2020/03/08/16/03/spring-4912865_960_720.jpg

Рис. 7. Припой (сплав для паяния)  https://cdn.pixabay.com/photo/2018/04/01/06/13/soldering-3280085_960_720.jpg

Рис. 8. Легкоплавкие сплавы https://cdn.pixabay.com/photo/2014/11/10/08/09/fire-detector-525147_960_720.jpg

Рис. 9. Ювелирные изделия из сплавов золота  https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/25/11/52/watch-166849_960_720.jpg

Рис. 10. Бронзовая скульптура https://cdn.pixabay.com/photo/2016/01/26/19/35/bronze-statue-1163163_960_720.jpg

Рис. 11. Колокола https://cdn.pixabay.com/photo/2017/06/17/19/30/bells-2413297_960_720.png

Рис. 12. Чугунная лестница https://cdn.pixabay.com/photo/2021/01/11/10/51/passage-5907911_960_720.jpg

Типы металлов и их применение

Металлы и достижения в производственных процессах привели к промышленной революции. Это привело к экспоненциальному росту человеческой цивилизации, приведя нас туда, где мы находимся сегодня. Сегодня нас окружают самые разные металлы. С компьютера, который вы используете для чтения этой информации, на зажимы в сантехнике. Сегодня находят применение более восьмидесяти различных типов металлов.

Виды металлов и их классификация

В природе доступно большое количество металлов.Их можно классифицировать по-разному, в зависимости от того, какое свойство или характеристику вы используете в качестве критерия.

Классификация по содержанию железа

Самый распространенный способ их классификации - по содержанию железа.

Когда металл содержит железо, его называют черным металлом. Железо придает материалу магнитные свойства, а также делает его подверженным коррозии. Металлы, не содержащие железа, относятся к цветным металлам. Эти металлы не обладают магнитными свойствами.Примеры включают, но не ограничиваются ими, алюминий, свинец, латунь, медь и цинк.

Периодическая таблица

Классификация по атомной структуре

Их также можно классифицировать на основе их атомной структуры в соответствии с периодической таблицей. Когда это сделано, металл может быть известен как щелочной, щелочноземельный или переходный металл. Металлы, принадлежащие к одной группе, ведут себя аналогичным образом при взаимодействии с другими элементами. Таким образом, они имеют схожие химические свойства.

Магнитные и немагнитные металлы

Другой способ отличить металлы - это посмотреть, как они взаимодействуют с магнитами.На этом основании можно разделить металлы на магнитные и немагнитные.

В то время как ферромагнитные металлы сильно притягиваются к магнитам, парамагнитные металлы демонстрируют лишь слабое взаимодействие. Наконец, есть группа диамагнитных металлов, которые довольно слабо отталкиваются от магнитов.

Железо, его сплавы и их свойства

Все металлы обладают схожими механическими свойствами материалов. Но при тщательном рассмотрении один металл будет иметь небольшое преимущество над другим по определенным свойствам.При создании сплавов можно изменять свойства путем смешивания чистых элементов.

При выборе металла для конкретного применения необходимо учитывать множество факторов, чтобы найти наиболее подходящий вариант. Эти факторы включают температуру плавления, стоимость, простоту обработки, достаточный запас прочности, доступное пространство, температурный коэффициент, тепловую и электрическую проводимость, плотность и т. Д. Давайте взглянем на некоторые популярные металлы и почему они выбраны для их применения. .

Утюг

Эйфелева башня сделана из кованого железа

Не будет преувеличением назвать железо источником жизненной силы нашей цивилизации. Примерно 5 процентов земной коры состоит из железа. Таким образом, это невероятно простой металл. Однако чистое железо - нестабильный элемент. При первой возможности он вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием оксида железа.

Для извлечения железа из руды используется доменная печь. Чугун получают из первой ступени доменной печи, которую можно дополнительно рафинировать для получения чистого чугуна.Это железо часто попадает в стали и другие сплавы. Почти 90 процентов производимых металлов составляют черные металлы.

Например, сталь

- это черный металл, который находит множество применений. Мы не можем понять истинный потенциал железа, не узнав о стали.

Сталь

Чистое железо прочнее других металлов, но оставляет желать лучшего. Во-первых, чистое железо не устойчиво к коррозии. Чтобы железо не ржавело, нужно потратить много денег и энергии.Во-вторых, он очень тяжелый из-за высокой плотности. Эти недостатки могут затруднить строительство и обслуживание конструкций.

Добавление углерода к железу до некоторой степени смягчает эти недостатки. Эта смесь железа и углерода до определенных пределов известна как углеродистая сталь. Добавление углерода к железу делает его намного прочнее, а также придает другие замечательные характеристики.

Другие элементы могут быть добавлены в следовых количествах для отражения их свойств. Давайте посмотрим, как классифицировать сталь и на что она способна.

Какие типы стали и их применение?

Сталь - популярный строительный материал благодаря своим превосходным свойствам. Сегодня в наличии более 3500 марок стали. Он имеет высокую прочность на разрыв и высокое отношение прочности к весу. Это означает большую прочность на единицу массы стали. Это позволяет использовать стальные детали и компоненты небольшого размера, но при этом прочные.

Сталь

также чрезвычайно прочна. Это означает, что стальная конструкция может служить дольше и противостоять внешним факторам лучше, чем другие альтернативы.Он также пластичен и может принимать необходимые формы без ущерба для его свойств. В зависимости от содержания железа сталь подразделяется на три категории.

Углеродистая сталь Классификация AISI
Арматура из низкоуглеродистой стали
  • Низкоуглеродистая сталь. До 0,25% углерода в чугуне дает нам низкоуглеродистую сталь, также известную как мягкая сталь. Он используется для труб при умеренном давлении. Арматурные стержни и двутавровые балки в строительстве обычно изготавливаются из низкоуглеродистой стали.Для него также подходят любые области применения, требующие большого количества стали без особого формования или гибки. Примером может служить корпус корабля.
  • Сталь среднеуглеродистая. Содержит 0,25… 0,6% углерода. Области применения среднеуглеродистой стали включают те, для которых требуются высокий предел прочности на разрыв и пластичность. Они находят применение в зубчатых передачах и валах, железнодорожных колесах и рельсах, стальных балках в зданиях и мостах и ​​т. Д. Другое применение - сосуды под давлением, за исключением случаев, когда они содержат холодные газы или жидкости из-за их склонности к холодному растрескиванию.
  • Высокоуглеродистая сталь. Сталь, содержащая более 0,6% углерода, является высокоуглеродистой сталью. Эта сталь тверже и хрупче, чем две предыдущие. Он находит применение при изготовлении долот и режущих инструментов. Отличные качества включают твердость и хорошую устойчивость материала к износу. Его также можно использовать в прессах и для изготовления сверл.

Хотя все вышеупомянутые стали обычно называют углеродистыми сталями, они содержат другие элементы для улучшения определенных свойств.Например, хром для коррозионной стойкости или марганец для улучшения прокаливаемости и прочности на разрыв.

Легированные стали

Этот тип металла содержит множество элементов для улучшения различных свойств. Металлы, такие как марганец, титан, медь, никель, кремний и алюминий, могут быть добавлены в разных пропорциях.

Это улучшает закаливаемость, свариваемость, коррозионную стойкость, пластичность и формуемость стали. Легированные стали применяются в электродвигателях, подшипниках, нагревательных элементах, пружинах, шестернях и трубопроводах.

Используемая ударопрочная инструментальная сталь

Инструментальная сталь - это металл, который также находит применение при производстве рельсов, проволоки, труб, валов и клапанов. Инструментальная сталь в основном используется в автомобильной, судостроительной, строительной и упаковочной отраслях.

Различные типы металлов

Помимо черных металлов, у нас большой выбор цветных. Каждый из них обладает определенными качествами, которые делают их полезными в разных отраслях.

Алюминий

Алюминий получают в основном из бокситов.Он легкий, прочный и функциональный. Это самый распространенный металл на Земле, и его применение повсюду.

Это связано с его такими свойствами, как долговечность, малый вес, коррозионная стойкость (подробнее о типах коррозии алюминия можно узнать здесь), электропроводность и способность образовывать сплавы с большинством металлов. Он также не намагничивается и его легко обрабатывать.

Медь

Говоря о различных типах металлов, нельзя не упомянуть медь и ее сплавы.Он имеет долгую историю, потому что его легко формировать. Даже сегодня это важный металл в отрасли. В чистом виде в природе не встречается. Таким образом, плавка и извлечение из руды необходимы.

Металлы - хорошие проводники, и медь выделяется больше, чем другие. Благодаря отличной электропроводности он находит применение в электрических цепях в качестве проводника. По проводимости уступает только серебру. Также он обладает отличной теплопроводностью. Вот почему многие кухонные принадлежности сделаны из меди.

Латунь

Латунь - это сплав меди и цинка. Количество каждого из металлов может варьироваться в зависимости от требуемых электрических и механических свойств металла. Он также содержит следовые количества других металлических элементов, таких как алюминий, свинец и марганец. Латунь - отличный кандидат для использования в приложениях с низким коэффициентом трения, таких как замки, подшипники, сантехника, музыкальные инструменты, инструменты и арматура. Он незаменим в искробезопасных приложениях для предотвращения искр и позволяет использовать его в легковоспламеняющихся средах.

бронза

Бронза - это тоже сплав меди. Но вместо цинка в бронзе есть олово. Добавление других элементов, таких как фосфор, марганец, кремний и алюминий, может улучшить его свойства и пригодность для конкретного применения. Бронза хрупкая, твердая, хорошо сопротивляется усталости. Он также имеет хорошую электрическую и теплопроводность и коррозионную стойкость. Бронза находит применение при изготовлении зеркал и отражателей. Используется для электрических разъемов.Благодаря своей коррозионной стойкости он находит применение в подводных частях и судовой арматуре.

Титан

Титан - важный конструкционный металл, поскольку он прочен и легок. Он также обладает высокой термостойкостью даже при температурах до 480 градусов по Цельсию. Благодаря этим свойствам он находит применение в авиакосмической промышленности. Военная техника - один из вариантов использования этого металла. Поскольку титан также устойчив к коррозии, его также используют в медицинских целях. Титан также используется в химической и спортивной промышленности.

Цинк

Оцинкованная сталь

Цинк - широко распространенный металл, находящий широкое применение в медицинском и промышленном секторах. Его основное применение - гальванизация стали. Это защищает сталь от коррозии. Цинк также используется для производства отливок для электротехнической, аппаратной и автомобильной промышленности. Поскольку цинк имеет низкий электрохимический потенциал, его применение включает в себя морское применение для предотвращения коррозии других металлов за счет катодной защиты. Жертвенные цинковые аноды могут защитить клапаны, трубопроводы и резервуары.

Свинец

Свинец - это хорошо поддающийся механической обработке, коррозионно-стойкий металл. Трубопровод и краска представляют собой некоторые варианты использования. Свинец использовался как антидетонационный агент в бензине. Позже было обнаружено, что побочный продукт этого свинца вызывает серьезные осложнения для здоровья. Свинец по-прежнему используется в боеприпасах, автомобильных аккумуляторах, радиационной защите, подъемных грузах, оболочке кабелей и т. Д.

18 различных типов металла (факты и применение) - изготовление из металла

Многое произошло со времен бронзового века.Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждый из них разработан для очень специфических применений.

Каждый день вы будете регулярно контактировать с десятками видов металлов. Вот интересное руководство, которое проведет вас через некоторые из этих распространенных металлов и где вы их найдете.

Сталь

Это самый распространенный металл в современном мире.

Сталь по определению - это просто железо (элемент), смешанное с углеродом.Это соотношение обычно составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного варьироваться.

Интересный факт: В 2017 году во всем мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае). Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы сложили слонов друг на друга, чтобы образовать действительно своеобразный мост на Луну (что на самом деле невозможно), он все равно был бы не таким тяжелым, как вес стали, производимой каждый год.

На самом деле существует много разных видов стали.Вот обзор основных типов:

Углеродистая сталь

Это основная сталь, хороший углерод и железо, хотя могут быть добавлены другие очень небольшие количества других элементов.

Три основные категории - это сталь с низким, средним и высоким содержанием углерода. Чем больше углерода, тем тверже и сильнее. Меньше углерода - дешевле, мягче и проще в производстве.

Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, в простых механических компонентах и ​​в различных инструментах.

Легированная сталь

Считайте это генетически модифицированной сталью. Легированная сталь производится путем добавления в смесь других элементов. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым. Это чрезвычайно распространенный вид металла, потому что его производство, как правило, очень дешево.

Обычные легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов по-разному изменяет свойства металла.

Например, легированная сталь может придать дополнительную прочность высокопроизводительным зубчатым колесам, повысить коррозионную стойкость и износостойкость медицинских имплантатов, а также увеличить давление, с которым могут справиться трубопроводы. Обычно его считают рабочей лошадкой в ​​мире металла.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но в таких массовых количествах существует так много видов, что обычно ей присваивается отдельная категория. Эта сталь специально ориентирована на устойчивость к коррозии.

Это в основном просто сталь с заметным содержанием хрома. При коррозии хром создает супертонкий барьер, замедляющий образование ржавчины. Если соскрести преграду, сразу образуется новая.

Вы увидите это много на кухнях; ножи, столы, посуда, все, что соприкасается с пищей.

Не очень забавный факт: То, что что-то сделано из нержавеющей стали, не означает, что не может ржаветь. Различные составы в разной степени предотвращают ржавление.Нержавеющая сталь, используемая для обработки соленой воды, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы не гнить. Но все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.

Если вы хотите узнать больше о нержавеющих сталях (и о том, как их идентифицировать), щелкните здесь, чтобы получить мое руководство.

Железо (кованое или литое)

Несмотря на то, что это очень старомодный металл (особенно распространенный в «железный век»), он все еще имеет множество современных применений.

Во-первых, это основной ингредиент стали.Но помимо этого, вот еще несколько приложений и объяснение того, почему используется железо:

  • Кухонная посуда (например, сковороды) - Пористая поверхность позволяет кулинарным маслам пригорать и создавать естественную антипригарную поверхность
  • Дровяные печи - Чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры
  • Тяжелая техника основания и рамы - этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость.

Интересный факт: Железо является шестым по распространенности элементом во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для некоторых крупных достижений.

Например, из-за его удивительного отношения прочности к весу это металл, который в значительной степени отвечает за полет и доставку человека на Луну. Он легко формируется (податлив) и не ржавеет, что делает его отличным средством для изготовления банок из-под газировки. И, что (возможно), самое главное, из него можно сделать очень тонкий лист, который можно использовать для приготовления барбекю из свежевыловленной рыбы до идеального влажного состояния.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (не содержащий железа) на планете.

Пока он не ржавеет, он окисляется. На самом деле железо - единственный металл, который по определению «ржавеет». При контакте с солью алюминий подвержен коррозии. Однако , а не , подвергнется коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как пресноводные лодки.

Магний

Магний - действительно крутой металл. Это примерно 2/3 веса алюминия и сопоставимая прочность. Из-за этого это становится все более распространенным явлением.

Чаще всего это сплав. Это означает, что он смешивается с другими металлами и элементами, чтобы получить гибридный материал с определенными свойствами. Это также может упростить использование в производственных процессах.

Одно из самых популярных применений магния - автомобильная промышленность.Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда речь идет о высокопрочном снижении веса, и он не является астрономически более дорогим.

Некоторые места, где вы можете увидеть магний на мощных автомобилях, находятся в колесных дисках, блоках двигателя и картерах трансмиссии.

Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием он легче подвержен коррозии. Например, он подвергнется коррозии при контакте с водой, а алюминий - нет.

В целом это примерно вдвое дороже алюминия, но на производстве с ним справиться быстрее.

Интересный факт: Магний действительно огнеопасен и горит очень горячо. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо аккуратно утилизировать во избежание взрывов.

Медь

Медь - еще один старомодный металл. Сегодня вы часто будете видеть его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.

Общие приложения включают электронику, водопроводные трубы и гигантские статуи, олицетворяющие свободу. Медь образует патину или окисленный слой, который фактически предотвращает дальнейшую коррозию.По сути, он станет зеленым и перестанет разъедать. Это может продержаться веками.

Статуя Свободы сделана из меди и покрыта патиной или оксидным слоем , что придает ей зеленовато-голубой оттенок.

Если вам нужна дополнительная информация о том, почему этот металл становится зеленым, то вы можете прочитать эту статью, которую я написал.

Латунь

Латунь - это сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.

Его золотистый цвет делает его очень популярным для украшения. Этот металл часто используется в антикварной мебели в качестве ручек и ручек.

Кроме того, он чрезвычайно пластичен, что означает, что его можно выковывать и формовать. Вот почему он используется для духовых инструментов , таких как тубы, трубы и тромбоны. Им легко придать форму (условно говоря), и они прочные.

Латунь также является отличным материалом для подшипников, поскольку она хорошо скользит по другим металлам.

Еще одно отличное свойство латуни - она ​​никогда не искрится. Например, стальной молоток может вызвать искру, если по нему ударить определенным образом. Латунный молоток этого не делает. Это означает, что латунные инструменты отлично подходят для областей, где могут быть легковоспламеняющиеся газы, жидкости или порошки.

бронза

Это сделано в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, который тверже и жестче, чем обычная медь.

Бронза также может быть сплавом с другими элементами.Например, распространенными легирующими элементами являются алюминий, никель, цинк и марганец. Каждый из них может очень заметно изменить металл.

Бронза имеет огромное историческое значение (как в бронзовом веке) и ее легко найти. Часто это можно увидеть в массивных церковных колоколах. Бронза твердая и прочная, поэтому при ударе не трескается и не гнется, как другие металлы. Также звучит лучше.

Современное использование включает скульптуры и искусство, пружины и подшипники, а также гитарные струны.

Интересный факт: Бронза была первым искусственным сплавом.

цинк

Это интересный металл своей полезностью.

Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что делает его очень простым в отливке. Материал легко течет при плавлении, и получаемые куски получаются относительно прочными. Его также очень легко расплавить, чтобы переработать.

Цинк - очень распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов.Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая в основном представляет собой сталь, погруженную в цинк. Это поможет предотвратить ржавление.

Интересный факт: Ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, половина из которых используется для цинкования.

Титан

Это действительно потрясающий современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен вне лаборатории в 1932 году.

Титан на самом деле очень распространен (седьмой по содержанию металл на Земле), но его действительно сложно очистить.Вот почему этот металл такой дорогой. Это также действительно стоит:

  • Титан биосовместим, а это значит, что ваше тело не будет сопротивляться и отвергать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливают из титана.
  • Его соотношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
  • Это действительно коррозионно-стойкое покрытие.
  • Нитрид титана (титан, который вступает в реакцию с азотом в вакууме высокой энергии) - это безумно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлические режущие инструменты.

Интересный факт: Титан сопротивляется коррозии потому, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая очень тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскрести барьер, мгновенно образуется новый. Это похоже на самоисцеление.

Бонусный забавный факт: Титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда связан с другим элементом.

Вольфрам

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самый высокий предел прочности на разрыв среди всех чистых металлов.Это делает его чрезвычайно полезным.

Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это безумно твердый материал, который используется для изготовления режущего инструмента (для горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности), абразивов и тяжелого оборудования. Он может легко резать титан и жаропрочные жаропрочные сплавы.

Он получил свое название от шведских слов « tung sten », что означает «тяжелый камень». Это примерно в 1,7 раза больше плотности свинца.

Вольфрам также является популярным легирующим элементом.Поскольку его температура плавления настолько высока, он часто сплавлен с другими элементами, чтобы сделать такие вещи, как сопла ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.

Адамантий

Это неправда.

К сожалению.

Никель

Никель - действительно распространенный элемент, который используется повсюду. Чаще всего он применяется в производстве нержавеющих сталей, где повышает прочность и коррозионную стойкость металла. Фактически, почти 70% мирового никеля используется для производства нержавеющей стали.

Интересно, что никель составляет только 25% в составе пятицентовой американской монеты.

Никель также является обычным металлом, используемым для гальваники и легирования. Его можно использовать для нанесения покрытия на лабораторное и химическое оборудование, а также на все, что должно иметь действительно гладкую полированную поверхность.

Интересный факт: Никель получил свое название из средневекового немецкого фольклора. Никелевая руда очень похожа на медную руду, но когда старые горняки не могли добыть из нее медь, они обвинили в этом озорного духа по имени Никель.

Кобальт

Это металл, который долгое время использовался для изготовления синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких высокопрочных стальных сплавов.

Кобальт очень редко добывается сам по себе, это побочный продукт производства меди и никеля.

Олово

Олово действительно мягкое и податливое. Он используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких вещей, как бронза (1/8 олова и 7/8 меди). Это также основной ингредиент олова (85–99%).

Интересный факт: Когда вы сгибаете кусок жести, вы можете услышать нечто, называемое «жестяной крик». Это пронзительный звук реорганизации кристаллической структуры (называемый двойникованием , ).

Свинец

Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. У него очень низкая температура плавления.

В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле является довольно токсичным веществом. Вот почему в наше время это не так распространено, хотя не так давно его все еще находили в красках и пулях.

Свинец - это нейротоксин, который, помимо прочего, может вызывать повреждение мозга и проблемы с поведением.

Тем не менее, он все еще используется в современном мире. Например, он отлично подходит для защиты от радиации. Его также иногда добавляют в медные сплавы, чтобы облегчить их резку. Смесь свинца и меди часто используется для улучшения характеристик подшипников.

Кремний

С технической точки зрения кремний - это металлоид. Это означает, что он обладает как металлическими, так и неметаллическими качествами.

Например, он похож на металл. Он прочный, блестящий, гибкий и имеет высокую температуру плавления. Однако он ужасно проводит электричество. Отчасти поэтому он не считается полноценным металлом.

Тем не менее, это обычный элемент, который можно найти в металлах. Использование его для легирования может немного изменить свойства металла. Например, добавление кремния к алюминию облегчает сварку.

Типы сплавов - Изучите сплавы и их применение

Сплавы объединяют основной металл с другими элементами для изменения его состава и усиления его внутренних свойств.Есть много различных типов металлических сплавов, и их комбинации практически безграничны. Вот некоторые из самых популярных сплавов и их применения.

Сплавы из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь - это сплав железа и углерода. Вы можете различать различные стальные сплавы, добавляя другие элементы, такие как никель, медь или марганец.

Нержавеющая сталь известна тем, что используется в кухонных приборах, посуде и столовых приборах.Его потрясающий вид варьируется от матового до блестящего, он невероятно прочный и простой в уходе. Его антикоррозионные свойства также делают его полезным в машиностроении.

Алюминиевые сплавы

Сам по себе алюминий не самый прочный металл, но когда вы добавляете такие элементы, как железо, медь или цинк, вы увеличиваете его прочность и долговечность.

Эти сплавы легкие и устойчивые к коррозии, и зачастую они более доступны по цене, чем другие сплавы.Также они очень хорошо переносят экстремальные температуры. Алюминиевые сплавы широко используются в машиностроении и авиакосмической промышленности.

Бронзовые сплавы

Бронза содержит медь и другие добавки. Дополнительным ингредиентом может быть олово, кремний, алюминий, марганец, фосфор или различные другие элементы. Хотя они похожи по цвету и внешнему виду, бронза - это не то же самое, что латунь - последняя представляет собой сочетание меди и цинка.

Тусклый цвет бронзы узнаваем на медалях, скульптурах и музыкальных инструментах. Его твердость и устойчивость к коррозии также сделали его популярным на судах и в других морских применениях.

Никелевые сплавы

Никель - один из самых универсальных металлов. Эти сплавы часто представляют собой комбинации никеля и железа, меди, молибдена или хрома.

Эти сплавы хорошо сопротивляются коррозии и окислению, а широкий диапазон составов делает их применимыми в нескольких отраслях промышленности.Сюда входят судовые трубопроводные системы, напорные клапаны или валы насосов. Они также распространены в газовых или паровых турбинах и медицинском оборудовании.

Применение металлических сплавов безгранично. Если у вас есть какие-либо вопросы о различных типах металлических сплавов, которые мы предлагаем, купите наш ассортимент или свяжитесь с нами, чтобы узнать больше.

Свойства, состав и производство металлических сплавов

Сплавы - это металлические соединения, состоящие из одного металла и одного или нескольких металлических или неметаллических элементов.

Примеры распространенных сплавов:

  • Сталь: комбинация железа (металла) и углерода (неметалла)
  • Бронза: Сочетание меди (металл) и олова (металл)
  • Латунь: Смесь меди (металл) и цинка (металл)

Недвижимость

Отдельные чистые металлы могут обладать такими полезными свойствами, как хорошая электропроводность, высокая прочность и твердость, или термостойкость и коррозионная стойкость.Коммерческие металлические сплавы пытаются объединить эти полезные свойства, чтобы создать металлы, более пригодные для конкретных применений, чем любой из их составляющих элементов.

Сталь, например, требует правильного сочетания углерода и железа (около 99% железа и 1% углерода), чтобы производить металл, который прочнее, легче и удобнее в обработке, чем чистое железо.

Точные свойства новых сплавов трудно рассчитать, потому что элементы не просто объединяются, чтобы стать суммой частей.Они образуются в результате химического взаимодействия, которое зависит от составных частей и конкретных методов производства. В результате при разработке новых металлических сплавов требуется много испытаний.

Температура плавления является ключевым фактором при легировании металлов. Галинстан, легкоплавкий сплав, содержащий галлий, олово и индий, является жидким при температурах выше 2,2 ° F (-19 ° C), что означает, что его температура плавления на 122 ° F (50 ° C) ниже, чем у чистого галлия, и более На 212 ° F (100 ° C) ниже индия и олова.

Galinstan® и Wood's Metal являются примерами эвтектических сплавов - сплавов, имеющих самую низкую температуру плавления среди всех комбинаций сплавов, содержащих те же элементы.

Состав

Тысячи составов сплавов находятся в регулярном производстве, и каждый год разрабатываются новые составы.

Принятые стандартные композиции включают уровни чистоты составляющих элементов (в зависимости от массового содержания). Состав, а также механические и физические свойства обычных сплавов стандартизированы международными организациями, такими как Международная организация по стандартизации (ISO), SAE International и ASTM International.

Производство

Некоторые металлические сплавы встречаются в природе и требуют небольшой обработки, чтобы превратить их в материалы промышленного качества. Ферросплавы, такие как феррохром и ферросилиний, например, производятся путем плавки смешанных руд и используются в производстве различных сталей. Однако было бы ошибкой думать, что легирование металлов - это простой процесс. Например, если бы кто-то просто смешал расплавленный алюминий с расплавленным свинцом, они бы обнаружили, что они разделятся на слои, как масло и вода.

Коммерческие и торговые сплавы обычно требуют более тщательной обработки и чаще всего образуются путем смешивания расплавленных металлов в контролируемой среде. Процедура объединения расплавленных металлов или смешивания металлов с неметаллами сильно различается в зависимости от свойств используемых элементов.

Поскольку металлические элементы обладают большими различиями в устойчивости к теплу и газам, такие факторы, как температура плавления компонентов металлов, уровни примесей, среда смешения и процедура легирования, являются центральными факторами для успешного процесса сплавления.

В то время как такие элементы, как тугоплавкие металлы, стабильны при высоких температурах, другие начинают взаимодействовать с окружающей средой, что может повлиять на уровень чистоты и, в конечном итоге, на качество сплава. Часто в таких случаях необходимо приготовить промежуточные сплавы, чтобы убедить элементы объединиться.

Например, сплав, состоящий из 95,5% алюминия и 4,5% меди, получают путем приготовления 50% смеси двух элементов. Эта смесь имеет более низкую температуру плавления, чем чистый алюминий или чистая медь, и действует как «отвердитель».«Затем он вводится в расплавленный алюминий с такой скоростью, которая позволяет получить правильную смесь сплавов.

Источники: Street, Arthur. & Александр, В. О. 1944. Металлы на службе у человека . 11-е издание (1998 г.).

металлов. Общие свойства. Добыча и классификация металлов

Когда Земля образовалась, расплавленная масса содержала множество различных металлов, которые сегодня мы добываем и используем в огромных количествах. Большинство металлов соединяются с горными породами при расплавлении с образованием металлических руд.Наиболее распространенными из них являются бокситы, из которых добывается алюминий, и железная руда, из которой добывается железо. Сегодня более семидесяти различных металлов добываются и используются в обрабатывающей промышленности. Некоторые из них, такие как, например, медь и свинец, можно использовать в чистом виде, чтобы извлечь выгоду из их природных свойств. Но часто мы объединяем разные металлы или металл с другими материалами для образования сплавов. Создавая сплавы, мы можем изменять свойства металла в соответствии с нашими конкретными потребностями.

Металлы и сплавы можно использовать по-разному. Они важны для транспорта, телекоммуникаций, машиностроения, строительства и обрабатывающей промышленности.

Общие свойства всех металлов

Физические свойства :

Металлы твердые, неклейкие, холодные и гладкие, часто блестящие и прочные. Они также пластичны и пластичны, не ломаются. Металлы очень хорошо проводят электричество, звук и тепло.При повышении температуры они расширяются, а при понижении всегда сжимаются. Их легко сваривать с другими металлами.

Химические свойства :

Металлы реагируют с кислородом воды и воздуха. Он известен как окисление или ржавчина и представляет собой красновато-желтовато-коричневое чешуйчатое покрытие из оксида железа, которое образуется на железе или стали, особенно в присутствии влаги.

Экологические свойства :

Большинство металлов подлежат переработке, а некоторые металлы, такие как свинец или ртуть, токсичны и представляют опасность для человека и окружающей среды.

Добыча металлов

Есть два типа шахт для добычи металлов:

  • Открытые горные работы, которые используются, когда минерал находится вблизи поверхности.
  • Подземная добыча, которая используется, когда минерал находится глубоко под поверхностью.

Применяются экскаваторы, буровые установки, взрывчатые вещества для извлечения полезных ископаемых из породы. Полезные ископаемые разделяются на руду и пустую породу.

Классификация металлов

Металлы можно разделить на две основные группы: черные металлы - это те, которые содержат железо, и цветные металлы, которые не содержат железа.

Черные металлы

Чистое железо мало пригодно в качестве инженерного материала, потому что оно слишком мягкое и пластичное. Когда железо охлаждается и превращается из жидкости в твердое тело, большинство атомов в металлической упаковке плотно соединяются в упорядоченные слои. Однако некоторые. становятся смещенными, создавая слабые места, называемые дислокациями. Когда кусок железа подвергается напряжению, слои атомов в этих областях скользят друг по другу, и металл деформируется. Это начинает объяснять пластичность мягкого железа.Однако, добавляя углерод к железу, мы можем производить ряд сплавов с совершенно разными свойствами. Мы называем эти углеродистыми сталями. Сплав представляет собой смесь двух или более химических элементов, а основным элементом является металл.

Углеродистые стали: их свойства и применение

Мягкая сталь: содержание углерода от 0,1% до 0,3%. Свойства : менее пластичный, но тверже и прочнее, чем железо, серый цвет, легко подвергается коррозии. Использует : балки или балки, винты, гайки и болты, гвозди, строительные леса, кузова автомобилей, складские помещения, бочки для масла.

Среднеуглеродистая сталь содержит от 0,3% до 0,7% углерода. Свойства : тверже и менее пластична, чем низкоуглеродистая сталь, вязкая и имеет высокий предел прочности на разрыв. Используется : он используется для производства изделий, которые должны быть прочными и износостойкими, например шестерни, инструменты, ключи и т. Д.

Высокоуглеродистая сталь содержит от 0,7% до 1,3% углерода. Свойства : Очень твердый и хрупкий материал. Используется : Он используется для режущих инструментов и изделий, которые должны выдерживать износ, таких как гильотина, пружины и т. Д.

Нержавеющая сталь - это сплавы железа и хрома. Доступен широкий ассортимент сталей с содержанием хрома от 13% до 27%. Свойства : Хром предотвращает ржавление благодаря оксидной пленке. Пластичность, твердость и предел прочности. Это также блестящий привлекательный металл. Область применения : столовые приборы, раковины, трубы, автомобильные детали и т. Д.

Серый чугун - это сплав железа (94%), углерода (3%), кремния (2%) и некоторых следов магния, серы и фосфора. Свойства: хрупкий, но чрезвычайно твердый и стойкий, подвержен коррозии за счет ржавчины. Использование: поршни, детали машин, уличные фонари, крышки сливных отверстий, инструменты.

В сталь могут быть добавлены другие химические элементы для улучшения или достижения определенных свойств. Вот несколько примеров:

  • Кремний делает сплав магнитным и повышает эластичность.
  • Марганец делает сплав более твердым и жаропрочным. Из него делают нержавеющую сталь.
  • Никель улучшает прочность и предотвращает коррозию.
  • Вольфрам делает сталь более твердой, жаростойкой и предотвращает коррозию.
  • Хром делает сплав тверже, прочнее и устойчивее к ржавчине.

Цветные металлы

Это металлы, не содержащие железа.У них много применений, но они часто дороги, потому что их труднее извлечь.

Алюминий

Это самый распространенный металл в земной коре после стали, на сегодняшний день это наиболее широко используемый из всех металлов. Свойства : Серебристо-белого цвета, легкий, очень устойчивый к коррозии, мягкий, податливый и пластичный, с низкой плотностью, хороший проводник электричества и тепла. Применяет : линии электропередач высокого напряжения, самолеты, автомобили, велосипеды, легкие металлоконструкции.кровельные и оконные и дверные блоки, отделка, кухонные инструменты и банки для напитков.

Медь

Это чистый металл, занимающий третье место в мире по объему потребления. Свойства : красновато-коричневый металл, пластичный и умеренно прочный, очень хорошо проводящий электричество и тепло. Очень легко подвергается коррозии. Применение : электрические провода, телефонные линии, водонагреватель и трубы для горячей воды, сердцевина радиатора автомобиля, отделка, архитектура.

Латунь

Термин « латунь » охватывает широкий спектр медно-цинковых сплавов. Свойства : Цвет золота. Обладает очень хорошими антикоррозионными свойствами и износостойкостью. Использует : изделия ручной работы, ювелирные изделия, сантехника, конденсаторы и турбины.

Магний

Блестящий и серебристо-белый. Свойства : Он очень легкий, мягкий и податливый, но не очень пластичный. Очень сильно реагирует с кислородом. Область применения : Фейерверки, авиакосмическая промышленность, автомобильная промышленность.

Олово

Это блестящий белый металл. Свойства : Не окисляется при комнатной температуре, очень мягкий. Применение : Пайка мягким припоем, оловянная фольга и олово.

Свинец

Серебристо-серый металл. Свойства : Мягкий и податливый. Он токсичен при вдыхании его паров. Использует : Батареи, он используется в качестве добавки к стеклу для придания твердости и веса.

бронза

Это сплав меди и олова. Свойства : Высокая устойчивость к износу и коррозии. Применение : гребные винты для лодок, фильтры, церковные колокола, скульптуры, подшипники и шестерни.

Цинк

Это голубовато-серый блестящий металл. Свойства : Антикоррозийный, не очень твердый, слабый при низких температурах. Использует : Кровля, водопровод, потому что он останавливает коррозию.

Испанские термины

Свинец - пломо

цинк - cinc

Олово - estaño

Медь - cobre

Бронза - бронза

Латунь - latón

Алюминий - алюминий

Магний - магнезиум

Сталь - acero

Утюг - hierro

расплавленный - Fundido

руда - минеральная / мена

Сплав

- aleación

жила - ганг

черный - ferrrosos

круто - enfriar

слабость - debilidad

корродирует - корроер

ношение.- Desgaste

шестерни - engranajes

нержавеющая - неокисляемая

предел прочности на разрыв - tracción

столовые приборы - cuberteria

труба - tuberia

мойка - fregadero

сток - drenaje

подшипники и шестерни - rodamientos y engranajes

Гребные винты для катера - Helices de Barco

блестящий - блестящий

Какие они? Из чего делают обычные сплавы?

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 12 октября 2020 г.

Практически любой материал мы могли бы когда-нибудь захотеть скрывается где-то на планете под нашим ноги. От золота, которое мы носим как украшения, до нефть, которая питает наши автомобили, земной кладезь удивительных материалов может поставлять практически каждая потребность. Химические элементы - это основные строительные блоки из из которых сделаны все материалы внутри Земли. Их около 90 природные элементы, большинство из которых - металлы. Но, хотя металлы и полезны, иногда они не идеальны. для работы, которая нам нужна.Возьмем, к примеру, железо. Это удивительно прочный, но может быть довольно хрупким и ржавеет легко во влажном воздухе. Или как насчет алюминия. Он очень легкий, но в своем в чистом виде, он слишком мягкий и слабый, чтобы от него можно было много пользы. Вот почему большинство используемых нами "металлов" не вообще металлы, кроме сплавов: металлы в сочетании с другими веществами, чтобы сделать их сильнее, тверже, легче или лучше как-нибудь по-другому. Сплавы повсюду вокруг нас - от пломбы в наши зубы и литые диски на наших автомобилях к космическим спутникам свист над нашими головами.Давайте подробнее рассмотрим, что это такое и почему они такие полезный!

Фото: Этот топливный бак от Space Shuttle был сделан из сверхлегкого алюминиево-литиевого сплава, так что это на целых 3400 кг (7500 фунтов) легче, чем бак, который он заменил. Снижение веса базовой конструкции шаттла означало, что он мог нести более тяжелую полезную нагрузку (груз). Фото любезно предоставлено Космическим центром Кеннеди НАСА (NASA-KSC).

Что такое сплав?

Фото: Образец сплава титан-цирконий-никель. заставляют левитировать (парить в воздухе) с помощью электричества.Это один из многих замечательных новых материалов, которые разрабатываются для возможного использования в космосе. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Вы могли встретить слово сплав, описанное как «смесь металлов», но это немного вводит в заблуждение, потому что некоторые сплавы содержат только один металл, и он смешан с другие неметаллические вещества (например, чугун сплав из одного металла, железа, смешанного с одним неметаллом, углеродом). Лучше всего думать о сплаве как о материале, состоящем из минимум два разных химических элемента, один из которых - металл.В самый важный металлический компонент сплава (часто представляющий 90 процентов или более материала) называется основным металл, основной металл или основание металл. Остальные компоненты сплава (которые называются легирующими добавками) может быть металлы или неметаллы, и они присутствуют в гораздо меньших количествах (иногда менее 1 процента от общей суммы). Хотя сплав иногда может быть составным (элементы, из которых он сделан, химически связаны вместе), обычно это твердый решение (атомы элементов просто перемешаны, как соль, смешанная с вода).

Состав сплавов

Если вы посмотрите на металл в мощный электронный микроскоп, вы увидите атомы внутри расположены в регулярной структуре, называемой кристаллической решетка. Представьте себе небольшую картонную коробку, полную шариков, и это довольно много. что бы вы увидели. В сплаве, кроме атомов основного металла, есть также атомы легирующих добавок, разбросанных по всему состав. (Представьте, что вы уронили несколько пластиковых шарики в картон коробку, чтобы они случайным образом расположились среди шариков.)

Изображение: Замещающие сплавы и промежуточные сплавы: На этих диаграммах черные кружки представляют основной металл, а красные кружки - легирующие добавки.

Замещающие сплавы

Если атомы легирующего агента заменяют атомы основного металла, мы получаем то, что называется замещающий сплав. Такой сплав сформируется, только если атомы основного металла и легирующего агента имеют примерно одинакового размера. В большинстве сплавов замещения составляющая элементы в периодической таблице находятся довольно близко друг к другу.Латунь, для Например, сплав на основе меди в какие атомы цинка заменяют 10–35 процентов атомов, которые обычно находятся в меди. Латунь работает как сплав, потому что медь и цинк близки друг к другу в периодической таблицы и имеют атомы примерно одинакового размера.

Сплавы внедрения

Сплавы также могут образовываться, если легирующий агент или агенты имеют атомы, которые намного меньше чем у основного металла. В этом случае атомы агента проскальзывают в между основными атомами металла (в зазорах или «пустотах»), дает то, что называется межузельным сплавом.Сталь - это пример сплава внедрения, в котором относительно небольшое количество атомы углерода проникают внутрь промежутки между огромными атомами в кристаллической решетке железа.

Как ведут себя сплавы?

Фото: Дело не только в основных ингредиентах (металлы и другие составляющие). влияющие на свойства сплава; как эти ингредиенты сочетаются очень важно тоже. Скорость разливки или перемешивания, температура разливки и скорость охлаждения являются некоторыми из факторов. что может повлиять на физические свойства сплавов.Фотография отливки из латунного сплава, сделанная Джетом Лоу, любезно предоставлена ​​Библиотекой Конгресса США, Отделом эстампов и фотографий, Historic American Engineering Record.

Люди делают и используют сплавы, потому что металлы не имеют подходящие свойства для конкретная работа. Железо - отличное здание материал, но сталь (сплав получается путем добавления небольшого количества неметаллического углерода к железу) прочнее, тверже и устойчивее к ржавчине. Алюминий - очень легкий металл, но он также очень мягкий в чистом виде. Добавьте небольшое количество металлов магний, марганец и медь, и вы получите превосходный алюминиевый сплав называется дюралюминий, который достаточно силен, чтобы изготавливать самолеты.Сплавы всегда показывают улучшения по сравнению с основным металлом в одном или нескольких своих важные физические свойства (такие как прочность, долговечность, способность проводить электричество, способность выдерживать жару, и так на). Как правило, сплавы прочнее и тверже, чем их основные металлы, менее пластичные (труднее работать) и менее пластичные (труднее втягиваем в провода).

Таблица

: Один и тот же основной металл может давать очень разные сплавы, когда он смешивается с другими элементами. Вот четыре примера медных сплавов.Хотя медь является основным металлом во всех них, каждый из них обладает совершенно разными свойствами.

Фото: Ученые NASA Ames разработали методику называется распылением газа под высоким давлением для упрощения производства магниевые сплавы. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США.

Как изготавливаются сплавы?

Представление о сплаве как о «смеси металлов» может показаться вам весьма удачным. сбивает с толку. Как можно ли смешать два куска твердого металла? Традиционный способ изготовление сплавов заключалось в нагревании и плавлении компонентов для получения жидкостей, смешайте их вместе, а затем дайте им остыть до состояния, называемого твердый раствор (твердый эквивалент раствор как соль в воде).Альтернативный способ изготовления сплава - повернуть компоненты в порошки, смешайте их вместе, а затем соедините их с сочетание высокого давления и высокой температуры. Эта техника называется порошковой металлургией. Третий метод изготовление сплавов стрелять пучками ионов (атомов со слишком малым или слишком большим количеством электронов) в поверхностный слой куска металла. Ион имплантация, как это известно, является очень точным способом изготовления сплава. Это вероятно, наиболее известен как способ изготовления полупроводников, используемых в электронные схемы и компьютерные микросхемы.(Подробнее об этом читайте в нашей статье о молекулярно-лучевой эпитаксии.)

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

Книги

Общие сведения о материаловедении и инженерии

В этих книгах объясняется основная концепция подбора материалов для работы, которую они должны выполнять. Это основная идея, лежащая в основе большинства сплавов - по сути, металлы «улучшены», чтобы выполнять определенные задачи лучше, чем в чистом естественном состоянии.

Более подробные книги

Достаточно сложно найти простые общие книги по сплавам; вместо этого ищите книги по «инженерным материалам», и вы найдете что-нибудь подходящее.

Организации

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Inconel - зарегистрированная торговая марка Huntington Alloys Corporation
Monel - зарегистрированная торговая марка International Nickel Co.
Waspaloy - зарегистрированная торговая марка United Technologies Corporation
Hastelloy - зарегистрированная торговая марка Haynes International, Inc.
Названия определенных сплавов CMSX ( такие как CMSX-4) являются зарегистрированными товарными знаками Cannon-Muskegon Corporation.

Сплавы - Состав, свойства металлических сплавов

На рисунке представлена ​​фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker - Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

Сплав представляет собой смесь двух или более материалов, по крайней мере, один из которых является металлом. Сплавы могут иметь микроструктуру, состоящую из твердых растворов, где вторичные атомы вводятся в качестве замещающих или межузельных атомов в кристаллическую решетку. Сплав также может быть смесью металлических фаз (два или более растворов, образующих микроструктуру из разных кристаллов внутри металла). Примеры сплавов замещения включают бронзу и латунь , в которых некоторые из атомов меди замещены атомами олова или цинка соответственно.

Твердые растворы имеют важное коммерческое и промышленное применение, так как такие смеси часто имеют лучшие свойства по сравнению с чистыми материалами.Многие сплавы металлов являются твердыми растворами. Даже небольшое количество растворенного вещества может повлиять на электрические и физические свойства растворителя.

Легирование - обычная практика, поскольку металлические связи позволяют соединять различные типы металлов. Например, аустенитные нержавеющие стали, в том числе нержавеющая сталь типа 304 (содержащая 18-20% хрома и 8-10,5% никеля), имеют гранецентрированную кубическую структуру атомов железа с углеродом в твердом растворе внедрения .

Характеристики металлических сплавов

Сплавы обычно прочнее чистых металлов, хотя обычно они обладают пониженной электрической и теплопроводностью. Прочность - важнейший критерий, по которому судят о многих конструкционных материалах. Поэтому сплавы используются для инженерного строительства. Сталь , вероятно, самый распространенный конструкционный металл, является хорошим примером сплава. Это сплав железа и углерода с другими элементами, придающими ему определенные желаемые свойства.

Иногда материал может состоять из нескольких твердых фаз. Прочность этих материалов повышается за счет превращения твердой структуры в форму, состоящую из двух чередующихся фаз. Когда рассматриваемый материал представляет собой сплав , можно закалить металл из расплавленного состояния с образованием вкрапленных фаз. Термин закалка относится к термической обработке , при которой материал быстро охлаждают в воде, масле или воздухе для получения определенных свойств материала, особенно твердости .В металлургии для упрочнения стали чаще всего применяется закалка путем введения мартенсита.

Типы сплавов

Металлические сплавы по составу часто делятся на два класса:

  • Ферросплавы . Ферросплавы, в которых железо является основным компонентом, включают сталь, нержавеющую сталь, углеродистую сталь, чугун. Черные сплавы известны своей прочностью.
  • Цветные сплавы . Цветные сплавы, которые не содержат железа (феррита) в заметных количествах, поэтому они основаны на цветных металлах (т.е.е. алюминий, медь, хром, титан, золото, никель, серебро, олово, свинец, цинк и т. д.). Другие общие свойства цветных металлов - немагнитные, ковкие и легкие.

Сплавы черных металлов

Сплавы черных металлов , в которых железо является основным компонентом, включают сталь и чушковый чугун (с содержанием углерода в несколько процентов) и сплавы железа с другими металлами (например, нержавеющая сталь). Ферросплавы известны своей прочностью. Сплавы обычно прочнее чистых металлов, хотя обычно они обладают пониженной электрической и теплопроводностью.Простейшие ферросплавы известны как стали , и состоят из железа (Fe) , легированного углеродом (C) (от 0,1% до 1%, в зависимости от типа). Добавление небольшого количества неметаллического углерода в железо обменивает его высокую пластичность на большую прочность . Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании.Их широкое использование объясняется следующими факторами:

  1. Железосодержащие соединения существуют в больших количествах в земной коре.
  2. Металлическое железо и стальные сплавы могут быть произведены с использованием относительно экономичных методов извлечения, рафинирования, легирования и изготовления.
  3. Ферросплавы чрезвычайно универсальны, поскольку они могут быть адаптированы для получения широкого диапазона механических и физических свойств.

Основным недостатком многих ферросплавов является их подверженность коррозии .Добавляя хром в сталь, можно повысить ее устойчивость к коррозии, создав нержавеющую сталь, а добавление кремния изменит ее электрические характеристики, что приведет к образованию кремнистой стали.

Виды черных металлов - классификация по составу

  • Чугун в чушках . В целом чугун является промежуточным продуктом черной металлургии. Чугун, известный также как сырое железо, производится в доменной печи и содержит до 4–5% углерода с небольшими количествами других примесей, таких как сера, магний, фосфор и марганец.Высокий уровень углерода делает его относительно непрочным и хрупким. Уменьшение количества углерода до 0,002–2,1% по массе дает сталь, которая может быть до 1000 раз тверже чистого железа.
  • Кованое железо . Кованое железо - это сплав железа с очень низким содержанием углерода (менее 0,08%) по сравнению с чугуном (от 2,1% до 4%). В микроструктуре кованого железа видны включения темного шлака в феррите. Он мягкий, пластичный, магнитный, устойчивый к коррозии и легко сваривается. Обладает высокой эластичностью и прочностью на разрыв.Его можно нагревать, повторно нагревать и придавать ему различные формы. Кованое железо больше не производится в промышленных масштабах. Многие изделия из кованого железа, такие как перила, садовая мебель и ворота, на самом деле сделаны из мягкой стали. Например, Эйфелева башня представляет собой решетчатую башню из кованого железа.
  • Сталь . Стали представляют собой сплавы железо-углерод, которые могут содержать значительные концентрации других легирующих элементов. Добавление небольшого количества неметаллического углерода к железу меняет его большую пластичность на большую прочность.Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании. Существуют тысячи сплавов, которые имеют различный состав и / или термообработку. Механические свойства чувствительны к содержанию углерода, которое обычно составляет менее 1,0 мас.%. Согласно классификации AISI углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода:
    • Низкоуглеродистые стали .Низкоуглеродистая сталь, также известная как низкоуглеродистая сталь, в настоящее время является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Низкоуглеродистая сталь содержит примерно 0,05–0,25% углерода, что делает ее ковкой и пластичной. Низкоуглеродистая сталь имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она дешевая и ее легко формовать; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания.
    • Среднеуглеродистые стали . Среднеуглеродистая сталь имеет примерно 0.3–0,6% содержания углерода. Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью. Этот сорт стали в основном используется в производстве деталей машин, валов, осей, шестерен, коленчатых валов, муфт и поковок, а также может использоваться в рельсах и железнодорожных колесах.
    • Высокоуглеродистые стали . Высокоуглеродистая сталь содержит примерно от 0,60 до 1,00% углерода. Твердость выше, чем у других марок, но пластичность снижается. Высокоуглеродистые стали могут использоваться для изготовления пружин, канатной проволоки, молотков, отверток и гаечных ключей.
    • Сверхвысокуглеродистые стали . Ультра-высокоуглеродистая сталь содержит примерно 1,25–2,0% углерода. Стали, которые можно улучшать до высокой твердости. Этот сорт стали может использоваться для изделий из твердой стали, таких как пружины грузовых автомобилей, металлорежущие инструменты и другие специальные цели, такие как (непромышленные) ножи, оси или пуансоны. Большинство сталей с содержанием углерода более 2,5% производится методом порошковой металлургии.
  • Чугун . Чугуны также включают большое семейство различных типов железа, в зависимости от того, как обогащенная углеродом фаза образуется во время затвердевания.Микроструктуру чугунов можно контролировать для получения продуктов с превосходной пластичностью, хорошей обрабатываемостью, отличным гашением вибрации, превосходной износостойкостью и хорошей теплопроводностью. Наиболее распространенные типы чугуна:
    • Серый чугун . Серый чугун - самый старый и самый распространенный вид чугуна. Серый чугун характеризуется своей графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет.
    • Белый чугун .Белый чугун твердый, хрупкий и не поддается обработке, тогда как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке. Поверхность излома этого сплава имеет белый цвет, поэтому его называют белым чугуном.
    • Ковкий чугун . Ковкий чугун - это белый чугун, прошедший отжиг. Благодаря термообработке с отжигом хрупкая структура при первой отливке преобразуется в пластичную форму.
    • Ковкий чугун . Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом, по составу очень похож на серый чугун, ковкий чугун прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун.Фактически, высокопрочный чугун по своим механическим характеристикам приближается к характеристикам стали, при этом он сохраняет высокую текучесть в расплавленном состоянии и более низкую температуру плавления.
  • Легированные стали . Сталь представляет собой сплав железа и углерода, но термин «легированная сталь» обычно относится только к тем сталям, которые содержат другие элементы, такие как ванадий, молибден или кобальт, в количествах, достаточных для изменения свойств базовой стали. В общем, легированная сталь - это сталь, легированная различными элементами в общем количестве от 1.0% и 50% по весу для улучшения механических свойств. Легированные стали делятся на две группы:
    • Низколегированные стали .
    • Стали высоколегированные.
  • Нержавеющая сталь . Нержавеющие стали - это низкоуглеродистые стали с содержанием хрома не менее 10% с другими легирующими элементами или без них. Прочность и коррозионная стойкость часто делают его предпочтительным материалом для транспортного и технологического оборудования, деталей двигателей и огнестрельного оружия.Хром увеличивает твердость, прочность и коррозионную стойкость. Никель дает аналогичные преимущества, но увеличивает твердость без ущерба для пластичности и вязкости. Он также снижает тепловое расширение для лучшей стабильности размеров.
  • Суперсплавы.

Специальные черные металлы

  • Инструментальная сталь
  • Быстрорежущая сталь
  • Ударопрочная сталь
  • Серебристая сталь
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *