Отличие металлов от сплавов: Виды металлов и сплавов

alexxlab | 18.01.2023 | 0 | Разное

3. Металлические сплавы

Чистые металлы в большинстве случаев не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств, поэтому для изготовления деталей машин наибольшее распространение получили металлические сплавы – вещества, обладающие металлическими свойствами, представляющие собой сочетание какого-либо металла (основа сплава) с другими металлами или неметаллами. Например, латунь – сплав меди (металл) с цинком (металл), сталь – сплав железа (металл) с углеродом (неметалл). Большинство сплавов получают путем сплавления, т. е. соединения компонентов сплава в жидком состоянии. Есть и другие способы образования сплавов. Так, металлокерамические сплавы образуются путем спекания из порошков.

При изучении сплавов пользуются специальными терминами: система, компонент, фаза, структурная составляющая.

Системойназывают группу сплавов, выделяемую для изучения их строения и свойств. Понятия система «медь – никель» или система «железо – углерод» означают, что для исследования берут сплавы с различной концентрацией (содержанием) в первом случае меди и никеля, во втором – железа и углерода.

Компонентаминазывают вещества, образующие систему. Компонентами могут быть чистые металлы, неметаллы, устойчивые химические соединения. Например, в сплавах железа с углеродом компонентами будут железо (чистый металл) и карбид железаFe₃C(химическое соединение). В этом случае получается система сплавовFe–Fe₃C.

Фаза– однородная часть сплава, имеющая свой состав, свойства и видимую границу раздела. Сплавы могут быть однофазные, когда все кристаллы однородны, имеют один состав и одинаковые свойства, а границы позволяют судить об их форме и размерах. Сплавы могут быть двух- и многофазные, если они состоят из различных по составу и свойствам кристаллов.

В большинстве случаев входящие в сплав компоненты в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге и представляют собой жидкий раствор (одна фаза – жидкость). В твердом состоянии сплавы образуют твердые растворы, химические соединения и механические смеси (рис.

19).

Структурная составляющая– это однородная часть строения, образовавшаяся в результате первичной или вторичной кристаллизации сплава как из жидкого, так и из твердого раствора. Структурная составляющая может состоять из одной или нескольких фаз.

Рис. 19. Структура и строение элементарной ячейки пространственной

кристаллической решетки различных сплавов из двух металлов:

● – атомы металла А; ○– атомы металла В

Всистеме сплавов Fe–Fe₃Cв отличие от других систем фазы, как и структурные составляющие, имеют названия и обозначения, единые в мире. Например, химическое соединение железа с углеродом, имеющее формулуFe

3C(карбид железа), называется цементитом, и на всех языках мира это произносится одинаково.

Твердым растворомназывается сплав, в котором атомы растворенного компонента или компонентов находятся в кристаллической решетке компонента растворителя. Кристаллическую решетку строит один компонент сплава – растворитель. Другой компонент (или компоненты) своими атомами размещается в этой решетке, изменяя ее размеры (параметры).

По расположению атомов в кристаллической решетке различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. В твердом растворе замещения атомы растворенного компонента занимают места атомов элемента растворителя, т. е. расположены в узлах общей кристаллической решетки (рис. 20, а). В твердом растворе внедрения атомы растворенного компонента располагаются внутри кристаллической решетки компонента растворителя между его атомами (рис. 20, б).

Твердый раствор состоит из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. Твердые растворы мягки и пластичны. Благодаря высокой пластичности они хорошо поддаются ковке и другим видам обработки давлением. Литейные свойства и обрабатываемость резанием у твердых растворов низкие.

В системе железоуглеродистых сплавов существуют два твердых раствора. Твердый раствор углерода в альфа-железе называется ферритом. Альфа-железо растворяет углерода очень мало: от 0,006 % при 0С до 0,025 % при 727С. Поэтому феррит можно считать технически чистым железом. Твердость феррита (как и железа) – НВ80.

Твердый раствор углерода в гамма-железе называется аустенитом. Растворимость углерода в гамма-железе значительно больше – до 2,14 % при 1147С. При обычных условиях аустенит в железоуглеродистых сплавах может существовать только при температуре выше 727С. Как все твердые растворы, феррит и аустенит пластичны (= 40 – 50 %).

Химические соединения– это фазы, состав которых выражается химической формулой А_nВ_m, где А и В – химические элементы;nиm– простые числа. Свойства и кристаллическая решетка отличаются от решеток компонентов, образующих соединение. С углеродом, азотом, бором металлы образуют химические соединения (карбиды, нитриды и бориды), характеризующиеся высокой твердостью. Так, в системе железоуглеродистых сплавов карбид железа тверже чистого железа в десять раз.

Механическая смесь (сплав-смесь)двух компонентов образуется тогда, когда они не образуют твердых растворов и химических соединений и кристаллы каждого компонента будут сохранять свои состав и свойства. Если в сплаве компоненты находятся в количестве, превышающем их предельную растворимость, то образуется смесь кристаллов твердого раствора и кристаллов химического соединения или смесь кристаллов двух твердых растворов и т. п. Сплавы- механические смеси имеют хорошие литейные свойства.

Сплав-смесь, получающийся из жидкости в результате первичной кристаллизации, называется эвтектикой, которая образуется при определенных температуре и концентрации компонентов сплава.

Сплав-смесь, образованный из твердого раствора при вторичной кристаллизации сплава, называется эвтектоидом, который, как и эвтектика, имеет постоянный химический состав и определенную температуру образования.

В системе железоуглеродистых сплавов эвтектическая смесь кристаллов аустенита и цементита называется ледебуритом, который образуется при температуре 1147С и соответствует концентрации 4,3 % углерода. Второй сплав-смесь – эвтектоидная смесь кристаллов феррита и цементита – называетсяперлитом. Температура образования перлита – 727С, а концентрация углерода – 0,8 %.

Кристаллизация сплавов. Процессы кристаллизации сплавов происходят значительно сложнее, чем чистых металлов. Особенности их кристаллизации можно проследить по кривым охлаждения. Как видно на кривой охлаждения сплава на рис. 21, его кристаллизация протекает в интервале температур от начала (Тн_кр) до конца (Тк_кр) кристаллизации. Значения температуры, при которых в металлах или сплавах происходят какие-либо превращения, называются критическими точками. Следовательно, сплавы в отличие от чистых металлов при плавлении или кристаллизации, как правило, имеют не одну, а две критические точки.

Сплав с температурой выше температуры начала кристаллизации (точкаана рис. 21) находится в однофазном жидком состоянии; ниже температуры конца кристаллизации (точкаb) – в твердом однофазном состоянии. В интервале температур между критическими точками сплав двухфазный и состоит из жидкого раствора и твердых кристаллов. Как указывалось выше, для облегчения изучения сплавов их объединяют в системы.

К конкретной системе относят все сплавы, состоящие из одних и тех же компонентов и отличающиеся друг от друга лишь количественным соотношением этих компонентов, т. е. концентрацией. Количество сплавов одной системы, но разной концентрации настолько велико, что изучать по кривым нагревания или охлаждения все превращения, происходящие в каждом из них, практически невозможно, да и нерационально.

Если какую-то систему изучать по кривым охлаждения сплавов с концентрацией компонентов, увеличивающейся каждый раз на 10 %, то нужно построить и изучить 10 кривых охлаждения. Например, первая кривая – 100 % компонента А и 0 % компонента B, затем – 90 % компонента А и 10 % – компонента В и т. д. Если рассматривать систему компонентов, увеличивающейся каждый раз на 5 %, то будет 20 сплавов, в случае увеличения на 1 %, будет 100 сплавов и т. д. Поэтому для изучения состояния сплавов выбранной системы в зависимости от температуры и концентрации строят ее

диаграмму состояния. В настоящее время для всех сплавов, используемых в технике, диаграммы состояния построены и их можно найти в справочной литературе. Они имеют большое практическое значение при выборе режимов термической обработки и горячей обработки давлением, при выборе сплавов для литейного производства, для изготовления различных деталей и металлоконструкций.

Различия между сплавов и композиционных материалов

Опубликовано Март 7, 2018 автор Орел сплавы

На поверхности, сплавов и композиционных материалов имеют по крайней мере один большой вещь в общем. Сплавов и композиционных материалов, оба состоят из смеси по крайней мере два компонента. Сплавов и композиционных материалов также схожи в том, что они проявляют различные свойства, чем свойства, связанные с материалами, которые используются для их.

Однако, Если вы посмотрите немного глубже, Вы найдете, что сплавов и композиционных материалов на самом деле сильно отличаются друг от друга. Давайте взглянем на то, что отделяет два путем анализа различий между сплавов и композиционных материалов.

Что представляет собой сплав?

Сплав представляет собой смесь по крайней мере два элемента с одним из этих элементов, металл. Сплавы могут прийти в формах как твердых, так и решения. Эти сплавы, содержащие только два элемента называются бинарных сплавов, а те, которые содержат три элемента называются троичного сплавов. Количество конкретного элемента внутри сплав обычно измеряется в массы с процентом прилагается к нему.

Сплавы создаются из различных элементов с целью улучшения качества, обычно связанных с ними. Когда вы смешать два или более элементов, Вы получите что капитализирует от качества элементов сплава. Потому что сплавы всегда содержат по крайней мере один компонент металла, они часто имеют металлические свойства. Однако, одним большим преимуществом использования сплавов является, что они не имеют те же свойства металлических элементов в них. Например, Вы найдете, что сплавы не имеют один набор точка плавления. Существует широкий спектр точек плавления, подключенных к выделяет, в зависимости от элементов, которые находятся внутри них.

Примеры из сплавов

Существует множество примеров сплавов. Один из

наиболее распространенные из них – сталь. Сталь обычно состоит из смеси железа и углерода, Вот почему стали значительно сильнее, чем железо, только. Сталь также могут быть изготовлены различными способами. В некоторых случаях, чтобы сделать его используются только железа и углерода, но есть другие элементы, такие как вольфрама, Марганец, и хром, которые также могут быть добавлены. Изменяя смесь вы используете при создании сплава как сталь, Вы можете изменить свою твердость и пластичность в дополнение к его свойства.

Это еще один хороший пример сплава латуни. Латунь — сплав, состоящий из меди и цинка. Хотя оба большие элементы в их собственном праве меди и цинка, Латунь оказался более долговечны, чем медь и более красивым, чем цинк. Это почему сплава как он существует в первую очередь. Многие компании нашли что, с помощью сплавов, они могут манипулировать внешний вид многих различных элементов эффективно.

Что такое композит?

-Композитный, так же, как сплав, комбинации по крайней мере двух или более компонентов. Однако, во время сплава всегда содержит металла в нем, Композитный не имеют любого металла, включенных в его смеси. Компоненты составного также всегда химически и физически отличаются друг от друга. Эти материалы обычно называются составных материалов.

Существует два различных типов составных материалов, которые составляют совмещенный. Они известны как матрица и армирование материалами. Матрица материала в рамках составного обычно используется для поддержки армирующего материала в композитный. Это приводит к композита, что сильнее, чем на их собственных оригинальных компонентов. Однако, Несмотря на взаимодействие между двух составных материалов, они остаются отдельные в готовой смеси из-за их химические и физические различия.

Примеры из композиционных материалов

Композиты могут содержать материалы, которые являются либо искусственных или естественных. Одним из примеров составного естественным является древесина. Он содержит комбинацию волокон целлюлозы и лигнина. Бетон обычно приводится как пример составного также. Вы можете увидеть различные элементы, содержащиеся в ней, поскольку эти элементы не смесь действительно вместе, чтобы создать новый материал.

Это иллюстрирует одну из других больших различий между сплавов и композиционных материалов. В то время как самая большая разница между этими двумя, очевидно, отсутствие металла в композитах, также очень отличается состав сплавов и композиционных материалов. Сплавы могут быть однородной или неоднородной смеси, Хотя композитов всегда являются неоднородными и никогда не станет однородной смеси.

Как свидетельствует, сплавов и композиционных материалов имеют некоторые сходства, но по большей части, они совершенно разные. Орлы сплавов специализируется на распространении сплавов для компаний в диапазоне различных отраслей промышленности, включая химического, промышленные, и промышленность Аэронавтика. Мы также работаем с теми в обрабатывающей промышленности и технологии и есть более чем трех десятилетий опыта в создании сплавов. Если вы хотели бы воспользоваться наши конкурентоспособные цены и узнать больше о сплавах, у нас есть в наличии, свяжитесь с нами Сегодня.

в: Прочее

Теги: сплавы:

Икс

Контактная орел сплавы

Бесплатный телефон:800.237.9012
Местный:423. 586.8738
Факс: 423.586.7456

Отправить по электронной почте: [email protected]

Штаб-квартира компании:
178 West Park Court
Talbott, TN 37877

Или заполните форму ниже:

“*” Указывает на обязательные поля

Название компании*

Отправить по электронной почте*

Телефон*

Какой металлический сплав(s) Вы заинтересованы в?

Если у вас есть готовый чертеж детали – Загрузить здесь

Перетащите файлы сюда или

Максимум. размер файла: 32 МБ.

*Удерживайте ctrl, чтобы выбрать несколько файлов.

Вопрос / Запрос / Количество / Характеристики / Размер

Как вы узнали о нас?

Пожалуйста, выберитеЗарегистрированный клиентGoogleБингThomasnet. com

Вы хотите получать электронные письма в будущем??*

Комментарии

Это поле для целей проверки и следует оставить без изменений.

Этот сайт защищен reCAPTCHA и Google Политика конфиденциальности и условия обслуживания применять

Преимущество использования металлических сплавов по сравнению с чистыми металлами в нефтегазовой промышленности

Corrotherm поставляет и распространяет широкий спектр никелевых сплавов, предназначенных для всех видов конечного использования и применения в нефтегазовой промышленности. Но почему в таких агрессивных средах используются именно эти сплавы на основе никеля, а не чистые металлы?

Здесь особенно уместна знаменитая цитата Аристотеля: «Целое больше, чем сумма его частей». Сплавы представляют собой смесь различных металлов и других элементов, каждый из которых придает соединению свои свойства. Таким образом, сплавы могут приобретать эти свойства в смеси, смешивая вместе лучшие из всех металлов и элементов, которые они включают. Более того, сплавы могут обладать уникальными свойствами, отличными от свойств металлов, из которых они состоят, благодаря тщательному сочетанию различных элементов. Это искусное балансирование, но оно дает огромные преимущества.

Сплавы, например, обычно тверже, чем чистые металлы. Они состоят из атомов разного размера, а не однородны. Это означает, что слои атомов не могут легко скользить друг по другу, что делает весь сплав намного прочнее, чем любой из чистых металлов, содержащихся в сплаве по отдельности. Сплавы также имеют лучшую коррозионную стойкость, чем чистые металлы, и более универсальны для преобразования в различные формы.

Преимущества сплавов INCONEL

Сплавы

специально созданы для улучшения свойств содержащихся в них металлов и элементов, а также для придания им особых характеристик. Никелевые сплавы, которые предлагает Corrotherm, являются хорошими примерами того, как различные комбинации компонентов создают привлекательные свойства, которые служат нефтегазовой промышленности.

Например, популярный сплав INCONEL 625 обладает высокой прочностью, отличной технологичностью и выдающейся коррозионной стойкостью. Эти желательные свойства обусловлены комбинацией элементов, составляющих сплав в целом. Помимо никеля и хрома, которые вместе образуют прочную, универсальную и стойкую основу, в этот сплав добавлены молибден и ниобий, мощная комбинация, дающая весьма специфические преимущества. Они искажают атомную матрицу сплава, что приводит к чрезвычайно высокой прочности без необходимости преднамеренной упрочняющей термообработки.

Этот сплав обеспечивает превосходную стойкость к широкому спектру агрессивных сред, включая скопление высокосернистого газа, до такой степени, что ни один компонент не может обеспечить такую ​​устойчивость в отдельности. Этот сплав может использоваться в нефтегазовой промышленности во многих областях, поскольку он настолько универсален. Он использовался для трубопроводов для сбора кислого газа, теплообменников морской воды на нефтеперерабатывающих заводах, электростанций и морских надземных сооружений.

Другим сплавом INCONEL, обладающим привлекательными свойствами благодаря сочетанию его элементарных компонентов, является сплав INCONEL C-276. Этот никелевый сплав хорошо известен своей исключительной коррозионной стойкостью даже в самых агрессивных средах. Отчасти это достигается высоким содержанием молибдена, составляющим 15-17% от общего состава.

Молибден помогает придать сплаву устойчивость к локальной коррозии, такой как точечная коррозия. Сплав INCONEL C-276 также включает контролируемое количество вольфрама (3-4,5%). Вольфрам обладает рядом полезных свойств, которые могут быть полезны для никелевых сплавов. Например, он имеет самую высокую температуру плавления среди всех чистых металлов и невероятно прочен. Его добавляют в сплавы для повышения их общей прочности, сопротивления износу и коррозионной стойкости.

Эта комбинация элементов делает сплав INCONEL C-276 полезным в нефтяной и газовой промышленности, где присутствуют высокие температуры и чрезвычайно коррозионные материалы.

Преимущество сплавов серии INCOLOY

Сплавы INCOLOY представляют собой более бедные никелевые версии серии INCONEL. Однако им по-прежнему необходимо работать в агрессивных средах и при высоких температурах. Вот почему комбинация элементов в каждом сплаве так важна для достижения требуемых свойств, требуемых приложениями в нефтегазовой промышленности.

Сплав INCOLOY 825 является популярным выбором для нефтяных скважин и газосборных труб. Его тщательно контролируемый состав придает ему необходимую устойчивость к таким агрессивным средам. Несмотря на то, что никеля меньше, чем в сплаве INCONEL (38-46%), его достаточно, чтобы обеспечить хорошую стойкость к хлоридно-ионному растрескиванию под напряжением. В сочетании с молибденом (2,5-3,5%) и медью (1,5-3%) никель также помогает придать устойчивость к серной и фосфорной кислотам. Сам молибден включен для повышения устойчивости к точечной и щелевой коррозии, а титан (при термообработке) стабилизирует сплав против чувствительности к межкристаллитной коррозии. Высокое содержание хрома (19.5-23,5%) помогает при устойчивости к азотной кислоте, нитратам и окисляющим солям.

Усовершенствованный супераустенитный сплав INCOLOY из нержавеющей стали 27-7MO используется при добыче нефти. Несмотря на более низкую цену, этот сплав по-прежнему зависит от комбинации элементов, придающих ему коррозионную стойкость, высокую прочность и хорошую технологичность. Включение молибдена (6,5-8%), хрома (20,5-23%) и азота (0,3-0,4%) помогает противостоять точечной и щелевой коррозии. Никель (26-28%) также повышает стойкость к восстановительным средам и, наряду с азотом, способствует сопротивлению коррозионному растрескиванию под напряжением и воздействию едких сред. Хром также устойчив к окисляющим средам. Это дает сплаву хорошие характеристики в смешанных кислотных средах, что полезно в нефтяной и газовой промышленности.

В нефтяной и газовой промышленности, где ожидаются высокие температуры и коррозионная среда, ни один чистый металл не обладает сочетанием свойств, необходимых для изготовления деталей, способных противостоять всему, что на него воздействуют. Менеджер проекта и инженер-конструктор должны подробно изучить различные свойства, которые может обеспечить каждый сплав, чтобы найти правильную смесь для своих требований.

Чтобы узнать больше о сплавах, которые Corrotherm может поставлять, и их основных свойствах, свяжитесь с нашим опытным отделом продаж.

Разница между сплавами и композитами (и соединениями) – Материаловедение и инженерия

Когда я был ассистентом преподавателя на вводном уроке материаловедения, первый вопрос, который мне задали студенты, был о разнице между металлическим сплавом и композитом. Они хотели знать, являются ли сплавы подмножеством композитов.

Сплавы и композиты являются отдельными понятиями. Одно не является подмножеством другого.

Сплав представляет собой комбинацию элементов (не менее 1 металла) в твердый раствор с общими металлическими свойствами. Сталь – это сплав железа и углерода.

Композит представляет собой комбинацию других материалов, в которой смешанные материалы остаются физически различными. Железобетон представляет собой смесь стали, цемента и гравия.

Соединение представляет собой комбинацию элементов (обычно 2) с химическими связями , поэтому соединение не имеет отношения к своим основным элементам. Хлорид натрия (поваренная соль) представляет собой соединение натрия (взрывоопасный металл) и хлора (ядовитый газ).

Если вы уже знаете разницу между сплавами и композитами и хотите уточнить «серую область», пропустите следующий раздел. Для остальных позвольте мне объяснить различия между сплавами, композитами и соединениями, используя основы химии.

Схема

• Обзор основ химии
• Сплавы представляют собой твердые растворы
• Композиты – это смеси
• Сплавы и композиты металл-металл
• Серая зона: многофазные сплавы и интерметаллиды
• Номенклатурная практика
• Последние мысли
• Дополнительное чтение

Обзор основной химии

Нажмите здесь, чтобы развернуть

Из химии вы, вероятно, узнали о химических связях, растворах, и смесях .

Химическая связь возникает, когда два элемента соединяются вместе и их электроны взаимодействуют. Это взаимодействие может резко изменить свойства двух атомов. Поскольку логичнее рассматривать новый материал как одну «вещь», мы называем его компаундом. Соединения состоят из более чем 1 элемента, химически связанных в одну фазу.

Чтобы узнать больше о физических и химических связях, в предварительном просмотре этой статьи есть красивая таблица.

Теперь я хочу представить идею фаз . Идея о том, что материал представляет собой «одно целое», аналогична утверждению, что это «одна фаза». Фаза — это любая часть вещества, обладающая всеми одинаковыми свойствами. Например, если вы выберете несколько атомов воды, вы не сможете отличить воду где-то еще.

Если бы вы добавили соль, атомы соли равномерно распределились бы по воде. До того, как соль добавлена ​​в воду, она явно находится в другой фазе. Поваренная соль представляет собой твердое кристаллическое соединение атомов натрия и хлора. Но как только вы добавите соль и смешаете воду, атомы натрия и хлора разделятся (мы называем их «ионами») и «станут единым целым» с водой.

Опять же, все является одной фазой, потому что любая область соленой воды обладает теми же свойствами, что и любая другая область. Мы называем это решением.

Раствор возникает, когда одно вещество растворяет другое вещество, как вода растворяет соль. В растворе одна фаза поглощает другую. У вас есть одна из тех же фаз, которая теперь химически отличается, но физически почти такая же.

Вода и соль дают соленую воду. Соленая вода и больше воды дают менее соленую воду. Растворенная соль будет распространяться по всей воде, поэтому, пока одни атомы воды соприкасаются с другими атомами воды, результатом остается одна фаза.

Но если добавить масло в воду, то его легко отличить от воды. Таким образом, вода является одной фазой, а нефть — другой фазой.

Различные фазы также могут быть химически идентичными. Вода и лед химически идентичны (состоят из одних и тех же атомов, 2 водорода на 1 кислород), но поскольку разницу между водой и льдом все же легко отличить, это разные фазы.

Соединения и растворы (и элементы) состоят только из одной фазы. Смеси имеют несколько фаз.

Например, вы можете сделать смесь из 3 компонентов: соли, воды и масла. Вы получите две фазы: чистое масло и раствор соленой воды. Поскольку есть две фазы, конечным результатом является смесь, согласно основным определениям химии.

В соединении объединение 2 или более фаз дает совершенно другую фазу.

В растворе объединение 2 или более фаз дает одну из исходных фаз.

В смеси объединение 2 или более фаз ничего не дает. Каждая фаза остается отличной.

Если смешать песок и воду, то легко отличить, какая часть песок, а какая вода. Нет никакой «песчаной воды», просто смесь песка и воды.

Сплавы представляют собой твердые растворы

Сплавы представляют собой твердые растворы. Это похоже на обычные решения, о которых вы обычно думаете, но надежные. Заморозьте эту соленую воду, и вы получите что-то похожее на сплав!

Я думаю, важно отметить, что сплавы не определяются как твердый раствор металлов. Это просто свойство, которое у них есть (в большинстве случаев).

«Сплав» конкретно относится к тому факту, что металл не является чистым элементом. Если бы были химические связи, материал не вел бы себя как металл, поэтому он не был бы сплавом. Интерметаллиды представляют собой особый случай, попадающий в серую зону; вы можете прочитать больше о них ниже.

Подробнее о сплавах читайте в этой специальной статье!

Композиты представляют собой смеси

Композиты представляют собой комбинацию двух или более материалов. Поскольку материалы остаются разными, композит представляет собой смесь (если использовать химическую номенклатуру).

Обычно композиты включают фазу матрицы и упрочняющую фазу. Задача матрицы состоит в том, чтобы удерживать фазу укрепления вместе. Одним из классических примеров композита являются полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP). Углепластики имеют очень прочное углеродное волокно, связанное полимерной матрицей. Волокна делают материал очень прочным (в одном направлении), а матрица удерживает волокна на месте.

Важно отметить, что фазы (волокно и матрица) остаются различными.

Сплавы и композиты металл-металл

Надеюсь, теперь разница между металлическим сплавом и композитом металл-металл очевидна.

Давайте посмотрим.

Металлический сплав представляет собой однофазный (исключения позже) твердый раствор. Композит металл-металл состоит из двух металлов с разными функциями и макроразделением.

Почему один может быть лучше другого?

Создавая сплав, вы существенно изменяете свойства одной из фаз. Например, предположим, что вы сделали сплав никеля и меди. Возможно, вам нужен материал, близкий к никелю (или меди), но с некоторыми улучшениями.

Если к никелю добавить 5% меди, прочность никелевого сплава увеличится (даже несмотря на то, что медь слабее никеля). Это связано с усилением на твердом растворе, которое является темой для другой статьи.

Если приклеить блок из чистой меди к блоку из чистого никеля (95% никеля по объему), прочность составит 95% прочности никеля + 5% прочности меди.

Давайте посмотрим на это на графике

Значит ли это, что сплавы просто лучше, чем композиты металл-металл? №

Прочность — это одно из свойств, которое увеличивается при добавлении легирующих элементов. Другие свойства уменьшаются или остаются прежними.

Проводимость, например, уменьшается при добавлении легирующих элементов. Легирование никеля 5% меди приведет к получению сплава с меньшей проводимостью (хотя медь обладает большей проводимостью, чем никель).

В линиях электропередач часто используется композит из стали и алюминия. Алюминий проводит электричество (меньше легирования = лучше проводимость), а сталь обеспечивает прочность (больше легирования = выше прочность). Алюминиевые и стальные сплавы разделены, потому что инженеры хотят сохранить проводимость алюминия.

В сплавах (твердых растворах) отдельные атомы все еще взаимодействуют друг с другом. Когда у нас есть сплав 50% меди и 50% никеля. На каждый атом меди влияют соседние атомы никеля, и на каждый атом никеля влияют соседние атомы меди. Эффект не огромный , потому что нет химической связи, но он все же имеет значение.

В композите с блоком меди, приклеенным к блоку никеля, только крошечная часть атомов на границе раздела взаимодействует друг с другом (на самом деле, если есть клей, атомы никеля не взаимодействуют с атомами меди!).

Вот почему металлические сплавы и композиты металл-металл могут иметь разные свойства, даже если они имеют одинаковый общий химический состав.

Серая зона: многофазные сплавы и интерметаллиды

Важно помнить, что такие термины, как «сплав», «композит», «соединение», «керамика», «металл» и «полимер» — это просто слова. Большинство материалов и аккуратно помещаются в эти коробки, но некоторые нет.

Пожалуйста, не зацикливайтесь на смысловом споре. Может быть забавно спорить о том, является ли «воздух» инженерным материалом (я думаю, что да, потому что он оказывает прямое влияние на такие свойства, как проводимость в пенопласте или окнах с двойным остеклением), но не беспокойтесь о семантике.

Тем не менее, я хочу представить свои мысли о двух материалах в «серой зоне»: многофазных сплавах и интерметаллидах.

Правда, тонн сплавов многофазны. Обычно лучшие конструкционные материалы являются многофазными. И сталь, и суперсплавы имеют две (или более!) фазы.

Поскольку эти сплавы состоят из более чем одной фазы, технически они являются смесями . Ну, это смеси твердых растворов, как в примере с соленой водой и нефтью, который я привел в начале этой статьи.

Микроструктура стали часто имеет железную матрицу с частицами цементита (Fe ₃ C), которые делают сталь прочной.

Суперсплавы часто имеют никелевую матрицу с интерметаллическими выделениями, которые делают суперсплав прочным. (Иногда суперсплавы могут иметь 10 и более различных фаз!)

Если вы думаете, что это напоминает уменьшенную версию композита CFRP, вы абсолютно правы! Пластичная матрица и прочная армирующая фаза — фантастическое сочетание для изготовления конструкционных материалов.

Единственная реальная разница – шкалы длины. В этих многофазных сплавах размер каждой фазы очень мал. Фазы не склеиваются, а возникают в результате термодинамического осаждения. Кроме того, сплавы действуют как металлы.

По этим причинам многофазные сплавы обычно классифицируются как сплавы, а не композиты. Но если бы я был вашим профессором, и вы хотите возразить, что суперсплавы на самом деле должны быть суперкомпозитами, я выслушаю!

Второй трудно поддающийся классификации материал, который я хочу обсудить, это интерметаллиды . Интерметаллиды — это заказных металлических «сплавов». Это означает, что они имеют стехиометрическое соотношение металлических элементов. Каждый атом металла должен занимать определенное место в кристаллической решетке.

Например, возможно, наиболее часто используемым конструкционным интерметаллидом является γ’ (произносится как «гамма-прайм»), который является упрочняющей фазой в суперсплавах. γ’ выглядит как обычный гранецентрированный кубический кристалл, за исключением того, что один атом всегда сидит на гранях, а другой атом всегда сидит на углах. В гранецентрированном кубическом кристалле твердого раствора не имеет значения, какие атомы находятся на каком узле.

В этом смысле интерметаллиды очень похожи на соединения. На самом деле я предпочитаю термин «интерметаллическое соединение» термину «интерметаллический сплав». Однако трудно утверждать, что интерметаллиды имеют химические (а не металлические) связи, поэтому их редко считают соединениями.

Если бы мне пришлось выбирать, как классифицировать интерметаллиды, я бы сказал, что это зависит от рассматриваемого интерметаллида. Как правило, интерметаллиды ведут себя как керамика (Fe ₃ C определенно является керамикой, но некоторые люди называют его интерметаллидом, потому что он так часто встречается в металлических системах. Большинство интерметаллидов имеют свойства, подобные Fe 9).0201 3 C), поэтому я бы сказал, что большинство интерметаллидов следует классифицировать как керамические соединения.

Однако некоторые интерметаллиды ведут себя как металлы. Я бы считал, что это сплавы, а не керамика. В частности, Ni ₃ Al (γ’, о котором я только что говорил) и NiTi (сплав с памятью формы) определенно являются «сплавами», а не керамикой.

Номенклатурная практика

Я надеюсь, что к настоящему времени вы можете легко отличить сплавы, композиты и соединения. Но если вы хотите попрактиковаться в своей номенклатуре, вот несколько каверзных вопросов! Некоторые люди не согласятся с тем, как я классифицировал материалы, и это нормально. Не стесняйтесь комментировать свои ответы, если хотите!

Что такое стекло?

Стекло представляет собой аморфное керамическое соединение . Это керамика с химическими связями, но атомы не расположены в красивой кристаллической решетке, как во всех других примерах на этой странице.

Что такое ПВХ?

ПВХ представляет собой полимерное соединение .

Что такое дерево?

Древесина представляет собой полимерный композит (целлюлозные волокна в лигнинной матрице).

Что такое железо?

Железо — это чистый металл (не сплав).

Что такое сталь?

Сталь представляет собой сплав (железо и углерод).

Что такое суперсплавы?

Я думаю, что это имеет смысл, поскольку сплав , хотя я бы понял аргумент, что суперсплавы представляют собой композит между сплавом FCC и интерметаллидом L1 ₂ . Так как он ведет себя как металл, почти все считают его сплавом

Что такое линии электропередач? (алюминий и сталь)

Силовые линии композиты металл-металл ! Алюминий проводит электричество, а сталь обеспечивает структурную поддержку.

Что такое пена?

Пена представляет собой твердо-газовый композит . Твердая часть может быть полимером (например, пенополистиролом, к которому вы привыкли), или даже металлом или керамикой!

Заключительные мысли

Помните, номенклатура — это инструмент, помогающий ученым и инженерам делать быстрые предположения. Не все можно разложить по полочкам, и споры об определениях ни к чему не приведут.

Однажды я прочитал аргумент, в котором утверждалось, что почти каждый материал является композитным, если вы посмотрите на микромасштабные сегрегации внутри материала. Это верно, но если все является составным, то это слово уже бесполезно.

В обычном использовании «композит» означает, что различные материалы намеренно соединяются для получения новой комбинации свойств.

«Сплавы» – это металлы. Многие сплавы представляют собой одну фазу, как соленая вода, но некоторые сплавы имеют несколько фаз, разделенных очень небольшими количествами, которые в целом по-прежнему ведут себя как металл.