Примеры сплавы металлов: Металлы и сплавы, из которых изготавливается крепёж. Общий обзор

alexxlab | 11.04.1995 | 0 | Разное

Содержание

Лёгкие сплавы – это… Что такое Лёгкие сплавы?

Лёгкие сплавы
        конструкционные сплавы на основе алюминия, магния, титана, бериллия (см. Алюминиевые сплавы, Магниевые сплавы, Титановые сплавы, Бериллиевые сплавы). Л. с. характеризуются более высокой удельной прочностью (отношение показателей прочности к плотности материала), чем, например, конструкционные сплавы на основе железа или никеля. Так, при одинаковом пределе прочности (Лёгкие сплавы450 Мн/м3) Дуралюмин втрое легче котельной стали, т. е. его удельная прочность примерно в 3 раза выше. Л. с. широко применяются в самолётостроении, ракетостроении, судостроении, транспортном машиностроении, приборостроении, химическом аппаратостроении, автомобилестроении, электротехнике, строительстве, ядерной энергетике, а также для производства бытовых изделий.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Лёгкие металлы
  • Лёгкий бетон

Смотреть что такое “Лёгкие сплавы” в других словарях:

  • Лёгкие сплавы — конструкционные сплавы на основе лёгких металлов алюминия, бериллия, магния и титана (см. Алюминиевые сплавы, Бериллиевые сплавы, Магниевые сплавы, Титановые сплавы). Широко применяются в авиастроении. Авиация: Энциклопедия. М.: Большая… …   Энциклопедия техники

  • ЛЁГКИЕ СПЛАВЫ — конструкционные сплавы плотностью 5000 кг/м3. К ним относятся алюминиевые, магниевые, титановые, бериллиевые и др. сплавы. Малая плотность и высокая прочность обусловили широкое применение Л. с. в самолёто и ракетостроении, судостроении и… …   Большая политехническая энциклопедия

  • лёгкие сплавы — лёгкие сплавы — конструкционные сплавы на основе лёгких металлов — алюминия, бериллия, магния и титана (см. Алюминиевые сплавы, Бериллиевые сплавы, Магниевые сплавы, Титановые сплавы). Широко применяются в авиастроении …   Энциклопедия «Авиация»

  • лёгкие сплавы — лёгкие сплавы — конструкционные сплавы на основе лёгких металлов — алюминия, бериллия, магния и титана (см. Алюминиевые сплавы, Бериллиевые сплавы, Магниевые сплавы, Титановые сплавы). Широко применяются в авиастроении …   Энциклопедия «Авиация»

  • ЛЁГКИЕ СПЛАВЫ — конструкц. сплавы, обладающие малой плотностью (см. Алюминиевые сплавы. Магниевые сплавы, Титановые сплавы, Бериллиевые сплавы). Л. с. характеризуются более высокой уд. прочностью (отношение показателей прочности к плотности материала), чем, напр …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • лёгкие сплавы — конструкционные материалы на основе Al, Mg, Ti и Be. Высокая удельная прочность (отношение показателей прочности к плотности). Применяются в самолёто , ракето и судостроении, ядерной энергетике, строительстве, производстве бытовых изделий и т. д …   Энциклопедический словарь

  • Сплавы (металлов) — Сплавы металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам с металлическими… …   Большая советская энциклопедия

  • Сплавы — I Сплавы         металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов (См. Металлы), а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам …   Большая советская энциклопедия

  • Магниевые сплавы —         сплавы на основе магния. Наиболее прочные, в том числе и наиболее жаропрочные, М. с. разработаны на основе систем магний металл с ограниченной растворимостью в твёрдом магнии. Вследствие высокой химической активности магния выбор металлов …   Большая советская энциклопедия

  • Лёгкие металлы —         металлы, обладающие малой плотностью (табл.). Л. м. широко распространены в природе (более 20% по массе). Вследствие высокой химической активности они встречаются только в виде весьма прочных соединений. Начало развития металлургии Л. м.… …   Большая советская энциклопедия

Легкие сплавы – Inzhener-Info

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (3 кг/дм3), высокой теплопроводностью [λ = 0,12—0,18 Вт/(м·°С) и удовлетворительной прочностью; пластичны и хорошо обрабатываются режущим инструментом. Многие из них можно сваривать с помощью аргонодуговой или аргонной дуговой сварки с неплавящимися вольфрамовыми электродами. Применяют также газовую сварку под флюсом (LiCl, NaCl, КСl, KF). Листовые материалы сваривают контактной сваркой.

Алюминиевые сплавы противостоят коррозии в сухой атмосфере, устойчивы против действия щелочей и слабых растворов кислот, но подвержены коррозии в условиях влажного (особенно морского) воздуха; неустойчивы против действия сильных кислот, мягки (НВ 60—130). В интервале 0—100°С коэффициент линейного расширения α = (20—26)·10

-6. Модуль упругости Е = (7,0—7,5)·104 МПа.

Прочность алюминиевых сплавов быстро падает с повышением температуры (хотя есть сплавы, сохраняющие удовлетворительные механические качества до 250—400°С).

Алюминиевые сплавы делятся на литейные и деформируемые.

Для литья применяют сплавы систем: Аl—Сu; Al—Zn; Al—Mg; Al—Si; Al—Cu—Si; Al—Zn—Si (табл. 11).

Наиболее прочны сплавы Al—Mg; однако их литейные свойства невысокие. Сплав АЛ13 повышенной коррозионной стойкости и жаропрочности используют для изготовления термически напряженных деталей. Для отливок несложной формы широко применяют сплавы АЛ7 и АЛ19.

Наилучшими суммарными показателями обладают сплавы Al—Si (силумины). Они отличаются малой плотностью (2,6—2,7 кг/дм

3), хорошими литейными свойствами, свариваемостью и повышенной коррозионной стойкостью. Силумины применяют для литья тонкостенных деталей сложной формы. Для повышения механических свойств силумины модифицируют металлическим натрием, фторидами Na и К, в результате чего включения кремния приобретают благоприятную для прочности зернистую форму.

Термообработка (нагрев до 520—530°С с выдержкой 4—6 ч, закалка в горячую воду, старение при 150—180°С в течение 10—15 ч) повышает прочность на 20—25%.

Крупногабаритные фасонные детали изготовляют из силуминов AЛ4, АЛ5, АЛ12.

Сплав АЛ9 отличается хорошей свариваемостью и применяется для сварных конструкций. Прочность его ниже, чем остальных силуминов.

Сложнолегированный сплав АЛ1 используют для литья головок цилиндров и поршней двигателей воздушного охлаждения.

Детали из алюминиевых сплавов, нуждающиеся в герметичности (картеры), пропитывают синтетическими термореактивными веществами (чаще всего бакелитом-сырцом) с последующим нагревом до температуры отверждения бакелита (140—160°С).

Из деформируемых сплавов (табл. 12) наиболее распространены дюралюмины (сплавы Аl—Cu—Mg—Mn, иногда с присадками Cr, Zn, Fe, Si).

Дюралюмины типа Д1, Д16, В95 подвергают термообработке, заключающейся в закалке в воду с 500—520°С с последующей выдержкой при нормальной температуре в течение 75—100 ч (естественное старение) или при 175—150°С в течение 1—2 ч (искусственное старение). Дюралюмины применяют преимущественно для изготовления листового и профильного проката.

Для защиты от коррозии изделия из алюминиевых сплавов подвергают анодированию (электролитическая обработка в ванне с 20%-ным раствором H24 при плотности тока 1—2 А/дм2 и напряжении 10—12 В). Деталь является анодом; катодом служат свинцовые пластины. На поверхности детали образуется пленка окиси алюминия AI

2O3, эффективно защищающая металл от коррозии и вместе с тем придающая поверхности твердость и абразивную стойкость. Для увеличения стойкости покрытие обрабатывают горячим 10%-ным раствором хромпика К2Сr2O7. Анодирование, как и всякая кислотная обработка, несколько (на 20—25%) снижает циклическую прочность.

Листовой прокат защищают также плакированием — нанесением на поверхность тонких слоев технически чистого алюминия.

Сплавы типа АК применяют для ковки и штамповки деталей (шатунов быстроходных двигателей, дисков центробежных и аксиальных компрессоров и др.). Из жаропрочного сплава АК4 изготовляют поршни двигателей внутреннего сгорания и головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения.

Магниевые сплавы. Магниевые сплавы состоят из Mg (90% и выше) и легирующих элементов (Al, Mn, Zn, Zr и др.). Они обладают малой плотностью (1,8 кг/дм3), низким значением модуля упругости Е = (4,2—4,5)·10

4 МПа и малой твердостью (НВ 60—80). Коэффициент линейного расширения очень высок α = (27—30)·10-6 (в интервале 0— 100°С), теплопроводность 0,07—0,08 Вт/(м·°С).

Прочность магниевых сплавов ниже прочности алюминиевых сплавов и быстро падает с повышением температуры. Магниевые сплавы весьма чувствительны к концентрациям напряжений. Они хорошо обрабатываются (однако необходимы меры предосторожности против загорания стружки). Некоторые магниевые сплавы свариваются аргонодуговой сваркой.

Литейные сплавы по составу делятся на сплавы систем Mg—Mn, Mg—Al—Zn, Mg—Zn, Mg—Th—Zr (табл. 13).

Наиболее распространены сплавы Mg—Al—Zn и Mg—Zn, обладающие хорошими литейными свойствами, прочностью и пластичностью и сохраняющие удовлетворительные механические свойства до 200—250°С. Сплавы Mg—Th—Zr применяют для деталей, работающих при высоких температурах (до 300—350°С).

Недостатком магниевых сплавов является низкая коррозионная стойкость, особенно во влажной атмосфере.

Детали из магниевых сплавов защищают от коррозии оксидированием, дихромизацией и селенированием.

Чаще всего применяют дихромизацию — процесс, в результате которого на поверхности металла образуется устойчивая против коррозии пленка хромовых солей магния. Деталь предварительно обрабатывают холодным 20%-ным раствором хромового ангидрида СrО3 с целью удаления окисных пленок. Затем следует электролитическая обработка в ванне с подкисленным водным раствором хромового ангидрида, хромпика К2Сr2O7 и персульфата аммония (NH4)2SO4. В заключение поверхность обрабатывают горячим 10%-ным раствором хромового ангидрида.

Селенирование заключается в обработке 20%-ным раствором селеновой кислоты H2SeО3 с добавкой небольшого количества хромпика. Обрабатывают детали по меньшей мере дважды: после изготовления заготовки (отливка, штамповка) и после окончательной механической обработки.

Следует избегать прямого контакта между деталями из магниевых сплавов и деталями из металлов с более высоким, чем у магния, электрохимическим потенциалом (сталь, сплавы Сu и Nr). Такие детали нужно цинковать или кадмировать. Для защиты изделий, работающих во влажной атмосфере (особенно в атмосфере морского воздуха), рекомендуется применять цинковые или кадмиевые протекторы.

Для предохранения расплавов от окисления, а также для удаления неметаллических включений и придания сплавам эвтектического строения применяют флюсы (хлориды и фториды Mg, Са, Аl, Мn, борную кислоту).

В состав формовочных смесей вводят серу, борную кислоту, фтористый аммоний. При заливке используют защитную атмосферу (например, сернистый газ).

Для измельчения зерна и улучшения механических качеств сплавы Mg—Мn и Mg—Al—Zn подвергают модифицированию (модификаторы: СаСо3, мрамор, графит, карбиды Аl, Са).

Литые магниевые сплавы МЛ4, МЛ5 упрочняют термообработкой (нагрев до 380—410°С в течение 10—18 ч, охлаждение на воздухе, старение при 175°С в течение 16—18 ч).

Состав и свойства деформируемых магниевых сплавов приведены в табл. 14.

Магниевые сплавы применяют преимущественно для изготовления несиловых деталей (ненесущие корпуса, крышки, поддоны картеров). Известны примеры изготовления из магниевых сплавов и ответственных крупных корпусов. Из деформируемых магниевых сплавов изготовляют детали, подвергающиеся высоким центробежным нагрузкам при умеренных температурах.

Недостатки магниевых сплавов, особенно пониженная коррозионная стойкость, ограничивают область их применения только теми случаями, когда масса играет главную роль.

Конструирование деталей из легких сплавов. Пониженную прочность и жесткость легких сплавов компенсируют увеличением сечений, моментов инерции и сопротивления деталей и рациональным оребрением. Мягкость и невысокая прочность легких сплавов исключают применение ввертных крепежных болтов (рис. 87, а), так как резьба в деталях из легких сплавов при повторных завертываниях сминается и разрабатывается.

Если применение ввертных болтов необходимо по конструктивным условиям, то отверстия под резьбу армируют стальными футорками (рис. 87, б). Предпочтительнее крепление на стяжных болтах (рис. 87, в) или на шпильках (рис. 87, г). Резьбовые отверстия под шпильки следует делать длиной не менее (2—2,5)·d. Под головки болтов и гайки необходимо устанавливать стальные подкладные шайбы большого диаметра во избежание сминания опорных поверхностей.

Подшипники качения в деталях из легких сплавов следует устанавливать на промежуточных стальных гильзах (рис. 87, д, е).

В часто разбираемых соединениях отверстия под контрольные штифты целесообразно армировать стальными втулками (рис. 87, ж, з). Глубина запрессовки штифтов в детали из легких сплавов не менее (2—2,5)·d.

Недопустимо опирать на поверхность из легкого сплава пружины (рис. 87, и), особенно работающие при циклических нагрузках. В таких случаях необходимо применять опорные шайбы из твердого металла (рис. 87, к, л), предотвращающие истирание опорных поверхностей под действием многократно повторяемых нагрузок.

Не рекомендуется передавать крутящий момент с помощью шпоночных и шлицевых соединений, выполненных непосредственно в детали из легкого сплава (рис. 88, а).

Целесообразно армировать посадочные поверхности стальными втулками (рис. 88, б, в), с максимальной допускаемой конструкцией радиальной разноской элементов, передающих крутящий момент.

В случае, когда деталь должна иметь определенные качества (высокую твердость, износостойкость), которые легкий сплав обеспечить не может, корпус детали выполняют из легкого сплава и к нему крепят рабочие части, изготовленные из материала с необходимыми свойствами.

В составной конструкции кулачковой шайбы (рис. 88, г) корпус выполнен из алюминиевого сплава; к нему присоединен на заклепках венец кулачков и приводного зубчатого колеса с внутренними зубьями, выполненный из закаленной стали.

При сопряжении деталей из легких сплавов со стальными деталями следует учитывать различие их коэффициентов линейного расширения. В неподвижных сопряжениях, когда расширение деталей, выполненных из легких сплавов, ограничено смежными стальными деталями, могут возникнуть высокие термические напряжения. В подвижных соединениях, где охватываемая деталь выполнена из легкого сплава, а охватывающая из стали, например, цилиндр двигателя внутреннего сгорания с алюминиевым поршнем, следует предусматривать увеличенные зазоры во избежание защемления поршня при повышенных температурах.

Титановые сплавы. Титан имеет две аллотропические модификации: до 882°С существует α-титан с гексагональной атомно-кристаллической решеткой, выше — β-титан с ОЦК-решеткой. Введение легирующих элементов значительно изменяет температуру аллотропического превращения и области α- и β-фаз.

Стабилизаторами α-фазы являются Al, Zn, Sn и Zr, повышенное содержание которых приводит к образованию однофазных α-сплавов. Стабилизаторами β-фазы являются Сr, Мо, Мn, V, Сu, Со и Fe, которые снижают температуры аллотропического превращения вплоть до минусовых и способствуют образованию однофазных β-сплавов. При определенном соотношении α- и β-стабилизаторов получаются смешанные (α + β)-сплавы.

Сплавы α + β и β упрочняются термообработкой, состоящей в закалке в воду с 800—1000°С. При этом β-фаза превращается в неустойчивую β’-фазу, которая при последующем старении (длительная выдержка при 400—550°С) упрочняется выделением высоко-дисперсных частиц α-фазы в β-твердом растворе, а также интерметаллидов (титанитов). Твердость после старения повышается на 15—25 единиц HRC, а прочность на 30—50%.

Сплавы группы α + β обладают высокой прочностью при достаточной термостабильности (до 450 °C и получили наибольшее распространение. Оптимальное содержание α-фазы ~30%.

Однофазные α-сплавы имеют при нормальной температуре пониженные механические свойства, но меньше разупрочняются с повышением температуры. Устойчивы против горячей коррозии. Их применяют для изготовления деталей, работающих при высоких температурах (до 600°С). Однофазные β-сплавы наименее термостабильны (~300°С) вследствие склонности к горячей коррозии под напряжением и усиленного газопоглощения при высоких температурах.

Сплавы α + β поддаются термомеханической обработке (пластическая деформация на 40—60% при 850°С, закалка и старение при 500—550°С), в результате которой дополнительно увеличивается прочность на 20—30% при сохранении и даже повышении пластичности. Плотность титановых сплавов ~4,5 кг/дм3; модуль нормальной упругости (11,5—12,0)·104 МПа; модуль сдвига (4,0—4,3) 104 МПа; коэффициент линейного расширения в интервале 0—100°С равен (8—10)·10-6 1/°С.

Титановые сплавы немагнитны, очень чувствительны к концентрации напряжений. В циклически нагруженных конструкциях целесообразно подвергать детали упрочняющей обработке холодной пластической деформацией (наклепу) с целью создания остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое.

Титановые сплавы сохраняют удовлетворительную прочность от –250°С до 500°С (рис. 89).

Крипостойкость характеризуется следующими цифрами: предел ползучести за 300 ч при 300°С и удлинения 0,1% σ300°0,1/300 ч = 400—600 МПа; при 400°С σ400°0,1/300 ч = 200—400 МПа. Релаксационная стойкость высокая. При умеренных температурах (до (200—300°С) титановые сплавы обладают отличной коррозионной стойкостью.

При более высоких температурах титан активно соединяется с газами с образованием стойких оксидов, нитридов, гидридов и карбидов, снижающих прочность и вызывающих охрупчивание металла. Процесс усиливается, если металл находится под действием напряжений.

Длительной теплостойкостью называют температуру, которую металл переносит без заметного теплового перерождения. Таким образом, кривые прочности в зависимости от температуры, определяемые на основании кратковременных испытаний, должны быть дополнены данными о коррозионной теплостойкости металла.

Титановые сплавы хорошо поддаются горячей пластической деформации (в интервале 800—1000°С), которая является основным методом изготовления полуфабрикатов. Отливка титановых сплавов крайне затруднительна, так как титан в расплавленном состоянии поглощает кислород, азот и водород и взаимодействует с формовочными материалами.

Обрабатываемость титановых сплавов резанием хуже, чем сталей. Титановая стружка при высоких скоростях резания может загораться; титановая пыль взрывоопасна.

Большинство титановых сплавов сваривают аргонной дуговой и контактной сваркой. Для снятия внутренних напряжений и восстановления пластичности материала шва применяют стабилизирующий отжиг при 700—800°С.

Антифрикционные качества сплавов Ti низкие. Детали, работающие в условиях повышенного трения, подвергают цементации или азотированию (выдержка в атмосфере аммиака при 850—870°С в течение 10—20 ч. толщина азотированного слоя 0,07—0,10 мм, твердость HV 1000—1200).

Износостойкость деталей из титановых сплавов повышают также диффузионным насыщением медью, теллурированием и селенированием.

Сочетание прочности, легкости, термостабильности и коррозионной стойкости делает титановые сплавы превосходным конструкционным материалом, особенно когда конструкции работают в широком температурном диапазоне. В сверхзвуковой авиации, где вследствие аэродинамического нагрева температура оболочек достигает 500—600°С, титановые сплавы используют для изготовления обшивок и силовых элементов. Благодаря малой плотности и хладостойкости их широко применяют в космической технике. Из них изготовляют детали, подверженные высоким инерционным нагрузкам, в частности, скоростные роторы, напряжения в которых прямо пропорциональны плотности материала. Температуростойкие титановые сплавы применяют для изготовления лопаток последних ступеней аксиальных компрессоров и паровых турбин. Высокая коррозионная стойкость при умеренных температурах обусловливает применение титановых сплавов в химической и пищевой промышленности. Для работы в сильных агрессивных средах используют сплавы особо высокой коррозионной стойкости с присадками 0,2%Pd.

Состав и свойства отечественных и зарубежных титановых сплавов приведены в табл. 15 и 16.

Наиболее распространен из конструкционных титановых сплавов термически упрочняемый сплав ВТ6, обладающий при высокой прочности хорошей коррозионной и эрозионной стойкостью. Для работы при повышенных температурах наиболее широко используют сплав ВТ5—1. Сплавы ОТ4, ВТ4 повышенной пластичности применяют для изготовления листов и лент.

В связи с ростом требований к прочности и теплостойкости титановые сплавы подвергаются непрерывному усовершенствованию. Прочность увеличивают комплексным легированием V, Mo, Sn и Zn, теплостойкость — введением Со, Zn, W и Nb, сопротивление ползучести — присадками Si.

В настоящее время прочность сплавов группы α + β достигла 1500 МПа; длительная теплостойкость сплавов группы α повышена до 600°С. В ближайшие годы вероятно повышение прочности титановых сплавов до 2000 МПа.

Сплавы и коррозия | Презентация к уроку по химии (9 класс) по теме:

Слайд 1

Сплавы и коррозия металлов

Слайд 2

Виды сплавов Характеристика Пример Твердые растворы Расплавленные металлы смешиваются в любых отношениях Ag иCu ; Ag и Au ; Cu и Ni Механическая смесь При охлаждении смеси расплавленных металлов образуется сплав, состоящих из мельчайших отдельных кристалликов каждого металла Pb и Sn ; Pb и Ag ; Bi и Cd Интерметаллиды Расплавленные металлы образуют между собой химические соединения Cu и Zn ; Ca и Sb ; Pb и Na

Слайд 3

Чугун и сталь Самыми распространенными сплавами, содержащими железо являются: Чугун: сплав на основе железа, содержит от 2 до 4,5% углерода, марганец, кремний, фосфор, серу Свойства: тверже железа, очень хрупкий, не куется Применение: изготовление массивных деталей методом литья (литейный чугун), переработка в сталь (передельный чугун)

Слайд 4

Сталь : сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода Виды: Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом и меньшим количеством марганца, серы, кремния, фосфора. Применение: детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки, инструменты

Слайд 6

Легированная сталь – сплав железа с углеродом с специальными легирующими добавками: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий В зависимости от добавок свойства стали изменяются: Хром и никель –жаростойкость, кислотоупорность, пластичность, коррозионная устойчивость. Вольфрам – твердость, жаропрочность, износоустойчивость. Титан – механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость

Слайд 8

Бронза Сплав меди с другими металлами. Различают: Оловянную бронзу (20% олова), Алюминиевую бронзу (5-11 % алюминия) Свинцовую бронзу (до 33% свинца) Применение: изготовление частей машин, художественные отливки

Слайд 9

Латунь Сплав меди и цинка (до 30-35% цинка) Свойства: высокая пластичность Применение: декоративные предметы искусства

Слайд 10

Дюралюминий Сплав алюминия (до 95%) с добавками магния, меди, марганца. Свойства: легкий, прочный. Применение: в авиастроении, машиностроении, строительстве и др.

Слайд 11

Коррозия — это процесс самопроизвольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды (от лат. corrosio — разъедание).

Слайд 12

Коррозия изделий из сплавов железа. Бурый налёт — ржавчина, состоит из гидроксида и оксида железа(III).

Слайд 13

Предметы из меди и её сплавов (предметы искусства, памятники, крыши зданий) со временем подвергаются коррозии. Патина — налёт зелёного цвета — состоит в основном из гидроксокарбоната меди(II).

Слайд 14

В результате коррозии ухудшаются многие свойства изделий: уменьшаются их прочность, пластичность, блеск, снижается электропроводность и т. д.

Слайд 15

Способы защиты от коррозии 1. Нанесение защитных покрытий. Металлические изделие покрывают другими металлами (никелирование, хромирование, цинкование , лужение — покрытие оловом).

Слайд 16

Хромированный кран. Никелированная труба . Консервные банки, изготовленные из лужёной жести.

Слайд 17

Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, маслами, полимерами. Нанесение защитного покрытия на поверхность металла. Эмалированная стальная кастрюля. Металлочерепица изготавливается из жести, покрытой полимером. .

Слайд 18

2. Применение сплавов, стойких к коррозии. Детали машин, аппаратов, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали, содержащей специальные легирующие (замедляющие коррозию) добавки: хром, никель и другие металлы. Изделия из нержавеющей стали .

Слайд 19

3. Протекторная защита. К защищаемой металлической конструкции присоединяют кусок более активного металла (протектор), который разрушается, защищая основной металл. В качестве протектора при защите корпусов судов, трубопроводов, кабелей используют магний, алюминий, цинк. 4. Изменение состава среды. Для того, чтобы предотвратить потери из-за коррозии, проводится специальная обработка электролита или той среды, в которой находится защищаемая металлическая конструкция. Практикуется также введение ингибитора — вещества, замедляющего коррозию. При подготовке воды, поступающей в котельные установки, проводят удаление растворённого в воде кислорода (деаэрацию).

Слайд 20

Тест 1. Слово “коррозия” в переводе с латинского означает: и) разрушать; п ) окислять; к) разъедать; р ) ржаветь. 2. Питтинг – это: ж) электрохимическая коррозия; н ) язвенная коррозия; о) точечная коррозия; р ) сплошная коррозия. 3. Окисление металла в среде не электролита: а) электрохимическая коррозия; г) язвенная коррозия; о) точечная коррозия; р ) химическая коррозия. 4. Разрушение металла, находящегося в контакте с другим металлом в присутствии водного раствора электролита: в) газовая коррозия; и) химическая коррозия; т) сплошная; р ) электрохимическая коррозия; 5. Эмалирование это: б) способ предания красоты металлическому изделию; е) электрохимический метод защиты металлов от коррозии; о) защитное неметаллическое покрытие металла; ч) защитное металлическое покрытие металла. 6. Легирование это: з ) специальное введение в сплав элементов, замедляющих процесс коррозии; и) покрытие железного листа слоем олова; к) создание контакта с более активным металлом; т) покрытие металла краской., 7. Вещества, замедляющие процесс коррозии называются: и) ингибиторы; о) электроды; н ) протекторы; т) краски. 8. Присоединение к защищаемому металлу другого, более активного металла называется: а) металлопокрытие; о) контактная защита; р ) легирование; я) протекторная защита.

ГДЗ к учебнику Еремина ХИМИЯ 11 КЛАСС §12 Простые вещества – металлы. Физические свойства металлов Сплавы.РЕШЕБНИК ОТВЕТЫ » Крутые решение для вас от GDZ.cool

ГДЗ к учебнику Еремина ХИМИЯ 11 КЛАСС §12 Простые вещества – металлы. Физические свойства металлов Сплавы.РЕШЕБНИК ОТВЕТЫ

Красным цветом приводится решениеа фиолетовым ― объяснение.

Задание 1
Дайте общую характеристику элементов-металлов. Укажите их положение в Периодической системе.
В атомах металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число электронов (всего 1-3), большие радиусы, из-за чего электроны слабо связаны с ядром атома и легко отдают свои внешние электроны, поэтому в химических реакциях металлы обычно выступают в роли восстановителей.
В Периодической системе элементы-металлы расположены в начале периодов, а также в побочных подгруппах. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит прямая, проведённая от бора к астату в длинном варианте Периодической таблицы.

Задание 2
Какой металл имеет наиболее низкую температуру плавления? Ртуть ― самый легкоплавкий металл, так как при комнатной температуре является жидкостью. Его температура плавления составляет -39°C.
Какое применение металла основано на этом свойстве? Применяется в термометрах.

Задание 3
Составьте электронные конфигурации атомов Na, Al, K, Fe. Укажите максимальную степень окисления каждого элемента.
11Na 1s22s22p63s1, максимальная степень окисления +1
13Al 1s22s22p63s23p1, максимальная степень окисления +3
19K 1s22s22p63s23p64s1, максимальная степень окисления +1
26Fe1s22s22p63s23p63d64s2, максимальная степень окисления +6

Задание 4
Какие элементы называют переходными? Приведите примеры. Переходные металлы ― элементы побочных подгрупп Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Например: титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, вольфрам, ртуть.

Задание 5
Что называют сплавом? Приведите пример, показывающий, что свойства сплава отличаются от свойств его компонентов. Сплавы ― системы, содержащие несколько элементов ― металлов, представляют собой либо твёрдые растворы, либо химические соединения – интерметаллиды.Температура плавления сплава обычно ниже температур плавления его компонентов, например,  сплав Вуда ― сплав, содержащий 50% висмута (tпл. = 271°C), 25% свинца (tпл. = 327°C), по 12,5% олова (tпл. = 232°C) и кадмия (tпл. = 321°C), плавится при 60,5°C.

Задание 6
Как вы думаете, почему бронзовый век наступил раньше железного века? Многие металлические элементы встречаются в природе в виде руд, т.е. железо существует в виде соединений, за исключением метеоритного железа, которое можно встретить крайне редко, поэтому человечество раньше узнало о существовании бронзы, так как олово в рудах часто встречается вместе с медью, поэтому при плавке меди образовывалась не чистая медь, а бронза.

Задание 7
На каком свойстве чугуна основано чугунное литьё? Расплавленный чугун при кристаллизации немного расширяется ― увеличивается в объёме, что позволяет использовать его для литья изделий.

Задание 8
Используя текст параграфа, заполните таблицу.

Название сплава

Примерный состав

Свойства

Применение

ЧугунСплав железа с углеродом (2-6%).Высокая твёрдость, хрупкость.Производство стали, изготовление маховых колёс, радиаторов водяного отопления, коленчатых валов двигателей.
СтальСплав железа с углеродом (0,5-2%).Твёрже железа, труднее гнётся, более упруга, а также, в отличие от чугуна, пластична ― легко поддаётся ковке, прокатке, прессованию. 
Броня, режущий инструмент, арматура, корпуса кораблей, автомобилей.
БронзаСплав олова с медью (72-90%).Характеризуется большей твёрдостью, чем медь и олово.

 

Изготовление колоколов, деталей машин, скульптур, медалей, хозяйственной утвари, холодного оружия (до XVIII века).
ЛатуньСплав меди (до 50%) с цинком.Легко обрабатывается, плавится при температурах ниже температуры плавления меди, характеризуется высокой коррозионной стойкостью. Имеет красивый золотой цвет.
Используют в кораблестроении, приборостроении, из них изготавливают гильзы патронов, трубы, краны, вентили, а также интерьерные украшения, корпуса часов, дверные ручки и т.д.
МельхиорСплав меди с никелем (до 33%).Обладает высокой коррозионной стойкостью, не разрушается даже при длительном воздействии водяного пара, морской воды, щелочей. 
Изготовление посуды, ювелирных изделий, используется в приборостроении.
АмальгамаСплав ртути с оловом, серебром и другими металлами. 
Хорошая коррозионная стойкость.Применялась при пломбировании зубов.
ДюралюминСплав алюминия (93,5%) с медью и магнием.
Легкий, прочный, хорошая коррозионная стойкость.Изготавливают корпуса судов и самолетов, балки для перекрытия домов, корпуса часов.
Сплав ВудаСплав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, по 12,5% олова и кадмия.
Имеет температуру плавления 60,5°C.Используется в качестве легкоплавких припоев, предохранителей в паровых котлах и электротехнике.
Задание 9
Если дотронуться до поверхности изделий из металла и дерева, то металл покажется более холодным, хотя на самом деле оба изделия имеют одинаковую температуру. О каком физическом свойстве металлов это свидетельствует? Об их большой теплопроводности.

Задание 10
При изготовлении электрических проводов используются медь или алюминий. Медь более предпочтительна, хотя она дороже. Как вы думаете, почему? Электропроводность меди больше, чем алюминия и использование алюминиевых проводов при высоких нагрузках на электрическую сеть может привести к их расплавлению.

20 распространенных металлических сплавов и из чего они сделаны. Металлические гаражи и навесы для продажи.

Вы когда-нибудь задумывались, откуда берется металл, как люди научились делать латунь или почему розовое золото имеет немного другой оттенок? Мы создали всеобъемлющую таблицу металлов и их сплавов: такой список распространенных металлических сплавов может помочь нам ответить на многие вопросы, которые у нас есть о наших металлических инструментах, нашей повседневной жизни и нашей вселенной!

Откуда берется металл?

Просмотрите наш список различных типов металлов, и вы увидите большое разнообразие металлов и их свойств, но откуда берутся металлы? Металлические элементы, такие как медь, свинец и золото, происходят от взрывающихся звезд! Вот так! Звезды, подобные нашему Солнцу, объединяют атомы водорода вместе, образуя гелий, но более крупные и плотные звезды, которые иногда взрываются сверхновыми, создают более крупные атомы, такие как атомы свинца.Вот где мы получаем разные металлы в периодической таблице! Но типы металлов, перечисленные здесь, являются сплавами, так откуда же взялись и ?

Что такое сплав?

Объедините два или более металлических элемента, и вы получите металлический сплав! Определение, которое вы могли бы использовать для «сплава», — это «смесь металлов». Медь нельзя разложить на другие элементы, а латунь можно, так как она обычно состоит из меди и цинка. Медь, которая является металлом, общим для сплавов латуни и бронзы, больше нельзя разделить, поэтому это не сплав.По сути, если бы вам нужно было узнать разницу между «металлом» и «сплавом», вам было бы очень трудно сказать это без химических тестов.

Как делают металл?

Металл производится либо путем взрыва звезд, которые создают металлические элементы, такие как золото и медь, либо путем объединения этих элементов для создания сплавов, таких как латунь и бронза. Поэтому, когда мы спрашиваем: «Из чего сделан металл?» на самом деле мы задаем довольно сложный вопрос. Ответ на вопрос «как создается металл?» зависит также от того, является ли оно естественным или нет.искусственные металлы. Но не запутайтесь! Некоторые сплавы из нашего списка металлических сплавов можно найти в природе, а некоторые элементы могут содержаться в чистом виде только в лаборатории!

Какие металлы являются сплавами?

Мы составили полезный список сплавов и их составов, чтобы помочь вам отличить сплавы от металлических элементов. Примеры сплавов включают белое золото (где золото является элементом), стерлинговое серебро (где серебро является элементом), сталь (которая представляет собой прочный сплав железа и углерода) и типы сплавов, о которых вы, возможно, никогда не слышали, например биллон или баббит!

Список составов металлических сплавов

Мы составили список металлических сплавов и их применения — например, производство или строительство, состав и даже происхождение их металлических элементов.Это все типы металлов и сплавов, которые были полезны в построении современного общества; разве не интересно, что все они в основном сделаны из звездного материала?

  • Амальгама (ртуть, серебро, олово, медь и, возможно, другие элементы, такие как цинк, платина и т. д.)
  • Alnico (алюминий, никель, кобальт, титан и медь)
  • Bab2bit  909 (медь, сурьма и свинец)
  • Billon (медь и серебро)
  • Латунь  (медь, цинк и, возможно, другие элементы, такие как марганец, железо, свинец и т. д.)
  • Бронза (медь, олово и, возможно, другие элементы, такие как алюминий, кремний и т. д.)
  • Чугун (железо, углерод и, возможно, кремний) возможно, магний и марганец)
  • Электрум (золото, серебро и медь)
  • Германское серебро (медь, серебро и цинк)
  • Бронзовый металл (медь, олово и цинк)
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0 (магний и алюминий)
  • Олово (олово, медь, свинец и сурьма)
  • Розовое золото (золото и медь)
  • Припой (свинец и олово)
  • 7 Нержавеющая сталь7 хром, углерод, молибден и, возможно, другие элементы, такие как медь, кремний и сера)
  • Сталь (железо, углерод и другие элементы, такие как углерод, марганец, кремний, вольфрам и другие)
  • стерлингов Серебро (серебро, медь и, возможно, такие элементы, как цинк, германий, платина и бор)
  • Белое золото (золото, палладий, никель и цинк)
  • Металл Вуда (висмут, свинец, олово и кадмий)


Хотите разместить эту инфографику на своем веб-сайте?
Вы можете скопировать приведенный ниже код и вставить его на свой веб-сайт.

alansfactoryoutlet.com/wp-content/uploads/2021/02/20-common-metal-alloys-what-they-are-made-of-8.png” alt=”20 распространенных металлических сплавов и из чего они сделаны – AlansFactoryOutlet.com — инфографика» title=»20 распространенных металлических сплавов и из чего они сделаны — AlansFactoryOutlet.com — инфографика»>
Сплавы – определение, состав, свойства и Использование

Вещество, полученное в результате смешивания двух или более металлов, называется сплавом. Комбинации металлов и других элементов также могут быть использованы для создания сплавов. Свойства сплавов часто отличаются от свойств составляющих их компонентов.По сравнению с чистыми металлами сплавы часто обладают большей прочностью и твердостью. Красное золото, полученное путем соединения меди и золота, является примером сплава. Белое золото, изготовленное путем соединения серебра и золота, является еще одним важным сплавом золота. Несколько свойств металлов, таких как ковкость, пластичность, прочность и т. д., можно улучшить, смешивая с ними другие металлы. Смесь различных металлов называется сплавом.

Что такое сплавы?

Сплав представляет собой смесь двух или более металлов или сплав представляет собой смесь металла и небольшого количества неметаллов.

Чистые металлы никогда не используются в промышленности для производственных целей. Комбинация металлов используется для улучшения свойств одного металла, и эта комбинация металлов известна как сплав. Он также может содержать металл и неметалл. Как правило, сплав металлов получают путем плавления различных металлов в соответствующих пропорциях и последующего охлаждения смеси до комнатной температуры. Сплав металла и неметалла можно приготовить, сначала расплавив металл, а затем растворив в нем неметалл с последующим охлаждением до комнатной температуры.По сравнению с металлами сплавы обладают большей прочностью и служат дольше.

Например- 

  1. Металлический алюминий легкий, но не прочный, но сплав алюминия с медью, магнием и марганцем легкий и прочный.
  2. Металлический алюминий легкий, но не твердый, а сплав алюминия с магнием легкий и твердый.
  3. Железо является наиболее широко используемым металлом. Но в чистом виде его никогда не используют, потому что чистое железо очень мягкое и очень легко растягивается в горячем состоянии.Когда небольшое количество углерода смешивается с железом, получается сплав, называемый сталью. Также, когда железо смешивается с хромом и никелем, мы получаем сплав, называемый нержавеющей сталью, который является прочным, жестким и совсем не ржавеет.

Различные составы сплавов

Некоторые из распространенных сплавов: латунь, сталь, нержавеющая сталь, бронза, припой, амальгама и т. д. Составы различных сплавов приведены ниже:

Свойства сплавов

Каждый сплав обладает определенными полезными свойствами. Свойства сплава отличаются от свойств отдельных металлов, из которых он изготовлен. Некоторые свойства сплавов приведены ниже.

  1. Сплавы тверже металлов, входящих в их состав.
  2. Сплавы более устойчивы к коррозии, чем чистые металлы.
  3. Сплавы более долговечны, чем металлы, из которых они сделаны.
  4. Электропроводность сплавов ниже, чем у чистых металлов.
  5. Сплавы имеют более низкую температуру плавления, чем металлы, из которых они сделаны.
  6. Сплавы обладают большей пластичностью, чем входящие в их состав металлы.

Использование сплавов

Сплавы используются в нашей повседневной жизни по-разному.Некоторые из наиболее распространенных применений сплавов приведены ниже.

Железная колонна в Дели

Железная колонна возле Кутуб-Минар в Дели состоит из кованого железа, представляющего собой низкоуглеродистую сталь. Его высота 8 метров, а вес 6000 кг. Индийские мастера по железу построили эту колонну в 400 г. до н.э. Хотя кованое железо медленно ржавеет со временем, мастера по металлу разработали процесс, который предотвратил ржавчину колонны из кованого железа даже через тысячи лет.

Образование тонкой пленки магнитного оксида железа на поверхности предотвращает коррозию. Этот тонкий слой образовался на поверхности столба в результате финишной обработки столба путем окрашивания его смесью различных солей с последующим нагревом и быстрым охлаждением. Эта колонна стоит в хорошем состоянии более 2000 лет после того, как была сделана. Этот столб совсем не заржавел. Это говорит о том, что древние индийцы хорошо разбирались в металлах и сплавах.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Что подразумевается под 22-каратным золотом?

Ответ:

22 карата золота означает, что 22 части чистого золота сплавлены с 2 частями серебра или меди.

Вопрос 2: Как изготавливается сплав?

Ответ:

Сплав металлов получают путем смешивания различных металлов в расплавленном состоянии в необходимых пропорциях и последующего охлаждения их смеси до комнатной температуры.

Вопрос 3: Как сплавы используются в аэрокосмической промышленности?

Ответ:

Алюминий — легкий металл, его сплавы используются в аэрокосмической промышленности.Эти сплавы используются для изготовления корпусов самолетов и изготовления высокопрочных деталей реактивных двигателей. Эти части имеют дело с крайностями температуры, давления и вибрации. Они обеспечивают высокую прочность и способность функционировать при очень высоких температурах.

Вопрос 4: Какой сплав используют стоматологи?

Ответ:

Амальгама представляет собой сплав металлической ртути. Амальгама, состоящая из ртути, серебра, олова и цинка, используется стоматологами для пломбирования зубов.

Вопрос 5: Почему Железный столб в Дели до сих пор не заржавел?

Ответ:

Образование тонкой пленки магнитного оксида железа на поверхности столба предотвратило ржавление железного столба в результате финишной обработки столба путем окраски его смесь различных солей, затем нагревание и быстрое охлаждение.

Вопрос 6: Из каких компонентов состоит нержавеющая сталь?

Ответ:

Нержавеющая сталь представляет собой смесь железа с хромом и никелем.Он очень прочный и не ржавеет. Чаще всего используется для изготовления посуды.


Новые металлические сплавы преодолевают компромисс между прочностью и пластичностью | Новости Массачусетского технологического института

На протяжении столетий — фактически, с тех пор как 7000 лет назад начался бронзовый век — создание новых металлических сплавов в основном было методом проб и ошибок. Традиционно один металлический компонент всегда был доминирующим, а другие составляли небольшую часть рецепта. Но новое исследование предлагает новую стратегию, которая может помочь перевернуть эти древние знания, открыв путь для новых классов сплавов с ранее невиданными комбинациями свойств.

Новый подход описан в статье на этой неделе в журнале Nature, К. Джема Тасана, профессора металлургии Томаса Б. Кинга по развитию карьеры на факультете материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института, и четырех других сотрудников Макса. Институт Планка в Дюссельдорфе, Германия.

Новый подход, по словам Тасана, также бросает вызов общепринятому мнению о том, что повышение прочности металлического сплава всегда является компромиссом, который приводит к потере пластичности — свойства, которое позволяет металлу деформироваться без разрушения, например, когда он штампованные для формирования кузовных панелей автомобиля.

«У нас много сотен лет опыта проб и ошибок, и мы очень хорошо знаем, что когда вы начинаете смешивать металлы примерно в равных количествах, в большинстве случаев у вас не будут хорошие механические свойства из-за присутствия хрупкие интерметаллические фазы», ​​— объясняет Тасан. Но в последнее десятилетие возобновился интерес к изучению категории смесей металлов, известных как высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Эти соединения содержат несколько металлических элементов примерно в равных количествах, которые, по мнению некоторых ученых-материаловедов, могут давать однофазные микроструктуры и, в свою очередь, улучшать механическую прочность и стабильность.

Несмотря на то, что эта область вызывает большой исследовательский интерес, тем не менее, поскольку в прошлом году было опубликовано более 300 статей о ВЭА, большинство исследованных соединений не привели к каким-либо значительным улучшениям своих свойств и по-прежнему страдают от компромисса между прочностью и пластичностью. — говорит Тасан. По его словам, основное внимание в предыдущей работе было уделено оценке предложенной концепции однофазной стабилизации в различных системах сплавов.

Но стремление к стабильным однофазным микроструктурам отличается от подхода, который был применен к наиболее широко используемому металлу из всех — стали, 1 500 миллионов тонн которой производится во всем мире ежегодно.Одна из причин повсеместного распространения стали заключается в том, что ее различные сплавы могут иметь широкий спектр различных свойств в зависимости от конкретного применения. Усовершенствованные стали часто имеют стабильные фазы, но есть и метастабильные фазы (имеющие более одной стабильной конфигурации). Под действием напряжения метастабильные фазы могут переходить в стабильные конфигурации, что повышает их способность сопротивляться разрушению.

В то время как результаты, представленные до сих пор для материалов HEA, в основном не оправдали ожиданий, «есть определенно интересные преимущества следования этой идее [объединения примерно равных частей металлических элементов]», такие как достижение свойства, называемого повышенной твердостью. твердение раствора, говорит Тасан.«Итак, мы подумали, почему бы не объединить прочность этой концепции с прочностью сталей, самого важного конструкционного материала для человечества?»

Новое открытие, о котором теперь сообщают Тасан и его коллеги, заключается в том, что в ВЭС именно метастабильность, а не обычно требуемая стабильность, позволяет создавать наиболее многообещающие новые сплавы. Новый сплав, разработанный с учетом этих принципов, состоящий из железа, марганца, кобальта и хрома, «превосходит даже самый высокоэффективный однофазный сплав с высокой энтропией», — говорит Тасан.И он предлагает исключительно высокие значения как прочности, так и пластичности.

«Это похоже на объединение лучшего из двух миров: метастабильность, известная из сталей, и упрочнение твердого раствора ВЭС», — говорит он. Но более важным, чем свойства этого конкретного сплава, по его словам, является стратегия, используемая для его производства, которая может открыть новые возможности для разработки сплавов с новыми свойствами. «Мы думаем, что это всего лишь один пример сплавов, которые можно производить», — говорит он.Будем надеяться, что «можно создать еще лучшие материалы, поскольку новая стратегия — это универсальный инструмент для разработки новых материалов. Я думаю, что этот результат будет иметь большое влияние на руководство исследовательского сообщества HEA для достижения превосходных сочетаний свойств».

Назвав эту работу «уникальной и творческой», Ке Лу, профессор и директор Шэньянской национальной лаборатории материаловедения в Китае, не участвовавший в этом исследовании, говорит: «Авторы использовали различные механизмы упрочнения в системе сплавов в очень умный способ, ведущий к одновременному увеличению прочности и пластичности, которые часто являются исключительными.Хотя каждый отдельный механизм хорошо задокументирован во многих различных системах, синергетическое применение этих эффектов является новым и оригинальным. Достигнутые свойства действительно впечатляют». Эти результаты могут «открыть новые измерения инноваций и развития материалов», добавляет он.

Помимо Тасана, работу выполнили Чжиминг Ли, Конда Прадип, Юн Денг и Дирк Раабе в Институте исследований железа им. Макса Планка в Дюссельдорфе, Германия. Работа была поддержана Европейским исследовательским советом.

Что такое сплавы? (Определение, примеры и металлургия) – Материаловедение и инженерия

Меня как человека, зарабатывающего на жизнь изучением металлургии, часто раздражает дезинформация, распространяемая о сплавах. Я могу (в основном) простить такие фильмы, как Тихоокеанский рубеж , когда они предполагают, что чистые металлы каким-то образом прочнее сплавов, но я даже видел дезинформацию о сплавах, распространяемую на «информационных» сайтах. Пришло время установить рекорд.

Сплавы – это металлы, состоящие из более чем одного элемента. Вот и все. Пока конечный продукт ведет себя как металл, но он не является элементарно чистым, это сплав. Нет специальных правил относительно твердого раствора, количества фаз или соотношения металлических и неметаллических элементов. Вы также можете думать о сплавах как о специально разработанных металлах.

Сплавы, как и все металлы, являются отражающими, прочными, хорошими проводниками и (обычно) пластичными. Эти свойства обусловлены металлической связью.

Чем полезны сплавы?

Путем легирования — добавления новых элементов в чистый металл — можно добиться новых свойств. Например, предположим, вы смешали свинец и олово. Это приведет к более низкой температуре плавления, чем любой чистый металл!

Точно так же, как легирование снижает температуру плавления, оно увеличивает прочность материала. Латунь и бронза намного прочнее чистой меди. Сталь (железо, легированное углеродом) намного прочнее чистого железа.

Обратите внимание, что сплав меди и никеля имеет более высокую прочность, чем простой композит из чистого никеля и чистой меди.

Существует очень мало ситуаций, когда чистый металл работает лучше, чем сплав. Обычно более низкая температура плавления хороша, поскольку для обработки конечного продукта требуется меньше энергии. Более высокая прочность обычно хороша, потому что прочность является одним из наиболее важных свойств материала.

Как разрабатываются сплавы?

Сплавы изготавливаются путем смешивания металла с другими элементами (обычно с большим количеством металлов). Это «смешивание» может быть выполнено путем плавления элементов вместе (литье, индукционная плавка или вакуумная дуговая плавка).

Более дорогой способ изготовления сплавов называется порошковая металлургия , при которой частицы металла сжимаются вместе и сплавляются в процессе, называемом «спекание». Порошковая металлургия имеет много преимуществ перед обычной плавкой, потому что вы можете комбинировать элементы с разными точками плавления и добиваться однородности смеси. Однако сделать металлический порошок непросто!

Сплавы

обычно предназначены для твердого раствора . Возможно иметь сплав , а не в твердом растворе, но такие случаи редки.Как правило, если два металла не находятся в твердом растворе, они не будут обладать «металлическими» свойствами (и не будут называться «сплавами»). Сплавы также могут иметь выделения , которые не находятся в твердом растворе.

Твердый раствор означает, что одна фаза является доминирующей. Атомы другого элемента растворены в доминирующей фазе, как сахар в воде. (Эскимо — хорошая аналогия для сплавов). Когда вы добавляете сахар в воду, вы получаете сладкую воду. Добавьте больше сахара, и у вас все еще будет вода, просто она слаще.

Но что произойдет, если вы добавите слишком много сахара? Количество сахара, которое может поместиться в воду при 90°C, намного больше, чем при 10°C. В этом случае избыток сахара будет осаждаться и образовывать кристаллы сахара – осаждение сплава происходит точно так же!

Эффекты твердого раствора

Почему сплавление двух металлов так отличается от соединения их в композит? В конце концов, разве это не то же самое количество атомов?

Ответ связан с привязанностью. В сплаве все атомы смешаны.Каждый атом одного элемента взаимодействует с несколькими атомами другого элемента. Это совсем другая ситуация, чем когда атомы элемента в первую очередь взаимодействуют сами с собой!

Если вы все еще не понимаете разницу между сплавом и композитом металл-металл, ознакомьтесь с этой статьей.

Но почему на самом деле происходит перемешивание твердых растворов? И почему атомы располагаются хаотично, а не в определенном порядке?

Расширенное объяснение того, почему происходит смешивание твердых растворов

Предположим, вы смешиваете вместе два элемента: A и B.

Возможно, атомы А нравятся друг другу гораздо больше, чем атомы В. В этом случае материал разделится на две фазы (например, масло и вода). Это сводит к минимуму количество атомов A, которые касаются атомов B.

Также возможно, что атомы А любят атомы В гораздо больше, чем другие атомы А. Эта ситуация приводит к упорядоченному соединению (например, натрию и хлориду). Это максимизирует число атомов A, которые касаются атомов B.

Также возможно (и весьма вероятно, в металлах), что атомы А и В любят друг друга примерно в так же сильно, как они любят самих себя.Это приводит к твердому раствору (как и большинство металлов). Если A и B имеют одинаковый размер, они могут случайным образом заменить друг друга. Если А и В имеют разные размеры, меньший из них располагается в междоузельных местах между более крупными атомами.

Атомы располагаются случайным образом, потому что это максимизирует энтропию. Энтропия — это в основном хаос, и Вселенная всегда пытается увеличить энтропию. Это 2-й закон термодинамики.

Эта «энтропийная движущая сила» может изменить результаты сплава.Например, предположим, что А и Б на самом деле не любят друг друга. Обычно они образуют отдельные фазы. Но если есть 99% А и 1% В, то есть огромных прироста энтропии от распределения этих атомов В среди всех атомов А. Таким образом, вы, вероятно, получите твердое решение.

Однако, когда количества А и В примерно равны, прирост энтропии от распространения атомов В становится недостаточно большим, чтобы преодолеть неприязнь В к А. В результате получаются отдельные фазы!

Это может быть немного сложно понять, поэтому представьте, что у вас есть чистая комната.Вы приходите домой, снимаете одежду и бросаете ее на пол. В твоей комнате гораздо грязнее, чем раньше! Но представьте, что ваша комната уже захламлена. Действительно ли еще одна грязная рубашка влияет на общий беспорядок? Скорее всего, к этому моменту у вас накопится куча одежды на земле, и рубашка попадет в эту кучу.

Вот почему атомы А и В могут переходить в твердый раствор, даже если связи А-А и В-В прочнее, чем связи А-В. Фактически, для большинства сплавов связи А-А и связи В-В будут прочнее, чем связи А-В.

Вот почему температура плавления уменьшается , когда вы сплавляете металлы. Плавление сплава означает добавление кинетической энергии до тех пор, пока атомы не разорвут свои связи. Более слабые связи означают более низкую температуру плавления.

Но почему сплавы прочнее , чем чистые элементы?

Это очень сложно объяснить, если вы не знаете других основных концепций материаловедения. Для тех из вас, кто любит вызов, краткое объяснение включено в сворачиваемый текст.

Почему сплавы прочнее чистых металлов

Прочность материала – это его сопротивление деформации.

Металлы движутся дислокациями, поэтому чем прочнее металл, тем труднее скользить атомам друг относительно друга. Хотя связи А-В слабее, чем связи А-А или В-В (облегчая скольжение), тот факт, что атомы А и В имеют разные размеры, означает, что существует поле деформации.

Это поле деформации препятствует движению дислокаций, в результате чего металл становится более прочным.Мы называем это упрочнением твердым раствором , и это один из самых надежных способов получения более прочных металлов.

Типы сплавов

Существует несколько широких классов сплавов.

Обычные сплавы

Сплавы замещения или внедрения. Большая часть композиции состоит из одного элемента с небольшими добавлениями других элементов. Если есть два элемента, это «двойной сплав», три элемента — «тройной», четыре элемента — «четвертичный», а пять элементов — «пятеричный».На практике сплавы с более чем тремя различными элементами будут называться «многокомпонентными».

Стали

Стали принципиально не отличаются от других сплавов, за исключением того, что они, возможно, являются наиболее передовым материалом, который может предложить металлургия. Высокотехнологичные стали могут содержать дюжину элементов в небольших количествах (в дополнение к Fe и C).

Суперсплавы

Суперсплавы — еще одна вершина металлургии. Суперсплавы похожи на микрокомпозиты.Они имеют матричную (твердый раствор) фазу и осадочную (интерметаллическую) фазу. Как и стали, современные суперсплавы могут иметь 10-20 легирующих элементов.

ВЭС

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) обеспечивают экстремальное упрочнение твердого раствора. Помните, я сказал, что большинство сплавов в основном состоят из одного элемента? Это потому, что интерметаллиды могут образовываться, если два элемента встречаются в одинаковых количествах. Вместо этого ВЭС объединяют 5 или 6 металлических элементов в равных соотношениях. Из-за энтропии смешения сплав остается одной фазой.HEA представляют собой новый тип сплава и не получили коммерческого распространения.

BMG

Объемные металлические стекла (BMG) представляют собой металлы, расположенные в аморфной структуре. Это означает, что нет упорядоченной кристаллической структуры. Они немного более развиты, чем HEA, но все еще встречаются редко.

Интерметаллиды

Интерметаллиды не считаются сплавами всеми учеными-материаловедами (см. мой аргумент здесь). Я предпочитаю называть их «интерметаллическими соединениями», а не «интерметаллическими сплавами», потому что атомы расположены в упорядоченной структуре, подобной керамике, а не в твердом растворе.Вообще интерметаллиды имеют ужасные свойства и совершенно бесполезны. Однако есть два заметных исключения. Упрочняющая фаза суперсплавов представляет собой интерметаллид, а NiTi представляет собой интерметаллический сплав с памятью формы.

Может ли чистый металл быть сплавом?

Это чисто семантический аргумент. Большинство ученых-материаловедов со мной не согласны, так что, прочитав это, вы, скорее всего, запутаетесь. Тем не менее, я хочу снять его с груди, поэтому я решил поместить его здесь, в этом складном тексте.

Нажмите здесь, чтобы развернуть

На мой взгляд, слово «сплав» предполагает химически модифицированный металл. Добавьте к железу углерод и получите более прочный сплав — сталь. Добавьте в сталь хром, и получите коррозионностойкую нержавейку.

Легирование металла означает корректировку его состава для достижения определенных свойств. Но может ли «расщепление» достичь того же? Я верю, что может.

Представьте, что мне нужен материал с максимально возможной температурой плавления. Мы уже обсуждали, что наличие дополнительных атомов в вашем металле снижает температуру плавления.Так что в этом случае я бы хотел взять чистый вольфрам и дополнительно очистить его.

«Чистый вольфрам» может состоять из 99,99% вольфрама и 0,01% других вещей, которые производитель не смог удалить. Так что, если я намеренно разработаю процесс, чтобы сделать мой вольфрам чистым на 99,99999%, чтобы достичь максимально возможной температуры плавления?

У меня больше нет чистого элемента по умолчанию, у меня есть специально делегированный материал. Значит ли это, что это снова «сплав»?

Думаю да, но пока никто со мной не согласен!

Примеры сплавов

Сплавы могут быть определены их патентом, историческим использованием или производственными спецификациями.

Эти спецификации часто разрабатываются, потому что необходимо удалить определенные примеси. Например, многие стальные сплавы имеют 0,03-0,05% фосфора. Это не потому, что добавление фосфора улучшает сталь, а потому, что это максимально допустимый уровень фосфора, а удалять больше этого слишком дорого.

Вот несколько примеров распространенных или уникальных сплавов.

Стерлинговое серебро

Стерлинговое серебро — это сплав, используемый в ювелирных изделиях. В ювелирном деле это определяется как 92.5 мас.% серебра, а остальное обычно представляет собой медь. Медь добавляется для увеличения прочности серебра (чистое серебро обычно слишком мягкое, чтобы носить его в качестве украшения). В качестве компромисса стерлинговое серебро имеет более низкую стойкость к окислению/коррозии, чем чистое серебро.

Ti-6Al-4V

Ti64 (произносится как Tie 6 4) — наиболее часто используемый титановый сплав. Он имеет отличное соотношение прочности к плотности, очень хорошую устойчивость к коррозии и окислению и в основном биосовместим. Ti64 доминирует в аэрокосмической промышленности, и его производится так много, что несмотря на то, что существует больше биосовместимых сплавов, Ti64 также часто используется в медицине для изготовления имплантатов.Каждый раз, когда вы видите модное слово «из титана», например, на SR-71, они, вероятно, имеют в виду Ti-6Al-4V.

Суперсплавы на основе никеля
Суперсплавы могут работать при высокой доле их температуры плавления. Они обладают большим сопротивлением ползучести, окислению и сопротивлением благодаря уникальной микроструктуре. Они относительно дороги в производстве, поэтому суперсплавы на основе никеля в основном используются в качестве лопаток в самых горячих секциях газотурбинного двигателя. Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь представляет собой стальной сплав (железо и углерод) с хромом, обеспечивающий устойчивость к окислению и коррозии.Это полезно, когда вы не хотите, чтобы сталь ржавела, например, кухонная утварь, хирургические инструменты, водопроводные трубы и украшения.

Припой

Припои представляют собой проводящие сплавы с низкой температурой плавления. Обычно они изготавливаются из свинца, олова и/или висмута. Поскольку они имеют низкую температуру плавления, сантехники, ювелиры и электрики плавят припои между другими металлами, чтобы соединить их вместе (например, горячий клей). Припои наиболее известны для соединения проводов с печатной платой.

Бронза

Бронза – это сплав меди.Помимо меди, они состоят из олова или других элементов, таких как алюминий, кремний, никель. Они обычно используются из-за сочетания прочности и высокой коррозионной стойкости.

Латунь

Латунь — еще один широко используемый медный сплав. Они состоят из меди и цинка. Латунь широко используется в быту, например, в ювелирных изделиях, монетах, музыкальных инструментах, гильзах и т. д.

Массовое металлическое стекло

Vitreloy был первым (и в настоящее время единственным?) коммерческим объемным металлическим стеклом (BMG).Это означает, что в кристаллической структуре атомов , а не , они дезорганизованы, как обычные стекла. Это повышает коррозионную стойкость, прочность и эластичность, но почти полностью устраняет пластичность при комнатной температуре. BMG часто используются в спортивном снаряжении, потому что они очень жесткие.

NiTi

50% Ni и 50% Ti образуют интерметаллическое соединение, биосовместимое, чрезвычайно эластичное и способное восстанавливать свою форму при нагревании. Обычно интерметаллические соединения очень прочные и хрупкие, потому что дислокации заблокированы, но вместо этого NiTi может деформироваться путем двойникования.Это также то, что позволяет процессу памяти формы. NiTi используется в проволочных оправах для очков, брекетах и ​​стентах.

Последние мысли

Сплавы

являются одними из наиболее важных инженерных материалов. Металлы полезны своей проводимостью, отражательной способностью, формуемостью и предупредительными признаками того, что они сломаются. Они относительно дешевы в добыче и производстве.

Почти все металлы реального мира представляют собой сплавы, а не чистые металлы. Среди других преимуществ сплавы обычно прочнее и имеют более низкую температуру плавления, чем чистые металлы.Самым важным недостатком сплавов является то, что они имеют более низкую проводимость, чем чистые металлы, поэтому единственный чистый металл, с которым вы сталкиваетесь в повседневной жизни, — это медь в электрических проводах.

Информация о сплаве помогает расставлять приоритеты в списках критичности материалов

  • Национальный исследовательский совет. Полезные ископаемые, критические полезные ископаемые и экономика США . Издательство национальных академий (2008 г.).

  • Европейская комиссия. Критическое сырье для ЕС (2010 г.).

  • У.С. Министерство энергетики. Стратегия критических материалов (2010 г.).

  • Graedel, T. E. et al. Методика определения критичности металлов. Окружающая среда. науч. Технол. 46 , 1063–1070 (2012).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Ку, А. Ю. и Хунг, С. Управление рисками поставок сырья. Хим. англ. прог. 110 , 28–35 (2014).

    Google ученый

  • Хатаяма, Х.и Тахара, К. Оценка важности металлов для ресурсной стратегии Японии. Матер. Транс. 56 , 229–235 (2015).

    КАС Google ученый

  • Глёзер-Шахуд, С., Терсеро Эспиноза, Л., Вальц, Р. и Фаулштич, М. Шаг к более динамичному взгляду на критичность сырья: анализ на основе индикаторов для Германии и Японии. Ресурсы 5 , 45 (2016).

    Google ученый

  • Маккалоу, Э.и Нассар, Н. Т. Оценка критически важных полезных ископаемых: обновленное применение методологии скрининга раннего предупреждения. Шахтер. Экон. 30 , 257–272 (2017).

    Google ученый

  • Европейская комиссия. Исследование по пересмотру списка критических сырьевых материалов . (Европейская комиссия, 2017 г.).

  • Schulz K. J., DeYoung J. H., Seal R. R., Bradley D. C. Критические минеральные ресурсы США — экономическая и экологическая геология и перспективы будущих поставок (U.С. Геологическая служба, 2018).

  • Министерство внутренних дел США. Окончательный список критических минералов 2018 г. (под редакцией Министерства внутренних дел). Федеральный реестр (2018 г.).

  • Правительство Австралии. Австралийский проспект важнейших минералов 2020 г. (2020 г.).

  • Правительство Канады. Список важнейших минералов Канады 2021 г. (2021 г.).

  • Накано Дж. Геополитика цепочек поставок важнейших полезных ископаемых (Центр стратегических и международных исследований, 2021 г.).

  • Чаччи, Л., Рек, Б.К., Нассар, Н.Т. и Гредель, Т.Е. Потерян по замыслу. Окружающая среда. науч. Технол. 49 , 9443–9451 (2015).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Эшби М. Ф. Материалы и окружающая среда 2-е изд. (Баттерворт-Хайнеманн, 2013).

  • Поллок, Т. М. и Тин, С. Суперсплавы на основе никеля для современных газотурбинных двигателей: химический состав, микроструктура и свойства. Дж. Пропульс. Власть 22 , 361–374 (2006).

    КАС Google ученый

  • Кинг А. Х. Наш элементарный след. Нац. Матер. 18 , 408–409 (2019).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Поллок, Т. М. и Ван дер Вен, А. Развивающийся ландшафт дизайна сплавов. МИССИС Бык. 44 , 238–246 (2019).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Рейтер, М. А., Шайк, А. В., Гутцмер, Дж., Барти, Н. и Абадиас-Лламас, А. Проблемы экономики замкнутого цикла: взгляд на материалы, металлургию и дизайн продукта. Год. Преподобный Матер. Рез. 49 , 253–274 (2019).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Градель, Т. Э., Харпер, Э. М., Нассар, Н.Т., Насс П. и Рек Б.К. Критичность металлов и металлоидов. Проц. Натл акад. науч. США 112 , 4257–4262 (2015).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Европейская комиссия. Исследование по обзору перечня критически важных видов сырья — информационные бюллетени по критически важным видам сырья (Европейская комиссия, 2017 г.).

  • Шедд, К. Б., Маккалоу, Э.и Блейвас, Д. И. Глобальные тенденции, влияющие на надежность поставок кобальта. Мин. англ. 69 , 37–42 (2017).

    Google ученый

  • Шафрик, Р. Э. Материалы для нестационарного мира. Металл. Матер. Транс. B 47 , 1505–1515 (2016).

    КАС Google ученый

  • Дюкло, С. Дж., Отто, Дж. П. и Конитцер, Д.G. Дизайн в эпоху ограниченных ресурсов. Мех. англ. 132 , 36–40 (2010).

    Google ученый

  • Гоу М. и Гаустад Г. Определение важнейших материалов для фотогальваники в США: мультиметрический подход. Заяв. Энергия 123 , 387–396 (2014).

    КАС Google ученый

  • ЮНЕП. Коэффициенты вторичной переработки металлов – отчет о состоянии, отчет рабочей группы по глобальным потокам металлов для Международной ресурсной группы .(под редакцией Graedel T.E. и др.) (Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде, 2011 г.).

  • Фельдман Х. Д., Рек Б. К., Миатто А., Крал У., Гредель Т. Э. Взгляд семейства сплавов на материальные потоки алюминия. Ресурсы, сохранение и переработка (на рассмотрении).

  • Крал У., Келлнер К. и Бруннер П. Х. Устойчивое использование ресурсов требует «чистых циклов» и безопасных «конечных поглотителей». Науч. Общая окружающая среда. 461-462 , 819–822 (2013).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Steinhilper, R. & Weiland, F. Исследование новых горизонтов для восстановления — актуальный обзор отраслей, продуктов и технологий. Procedia CIRP 29 , 769–773 (2015).

    Google ученый

  • Eckelman, M.J. et al. Углеродные выгоды жизненного цикла от переработки аэрокосмических сплавов. Дж. Чистый. Произв. 80 , 38–45 (2014).

    КАС Google ученый

  • Накамура, С., Кондо, Ю., Накадзима, К., Оно, Х. и Паулюк, С. Количественная переработка и потери Cr и Ni в стали на протяжении нескольких жизненных циклов с использованием MaTrace-Alloy. Окружающая среда. науч. Технол. 51 , 9469–9476 (2017).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Еллишетти, М., Мадд, Г. М., Ранджит, П. Г. и Тарумараджа, А. Сравнение экологического жизненного цикла производства и переработки стали: вопросы устойчивого развития, проблемы и перспективы. Окружающая среда. науч. Политика 14 , 650–663 (2011 г.).

    Google ученый

  • Дайго, И. и др. Количественная оценка общего количества случайных элементов, связанных с производством углеродистой стали в Японии. ISIJ Междунар. 57 , 388–393 (2017).

    КАС Google ученый

  • Blengini, G. A. et al. Методология ЕС по критической оценке сырья: потребности в политике и предлагаемые решения для постепенных улучшений. Ресурс. Политика 53 , 12–19 (2017).

    Google ученый

  • Лапко Ю., Трукко П. и Нуур К. Взгляд бизнеса на критичность материалов: свидетельства производителей. Ресурс. Политика 50 , 93–107 (2016).

    Google ученый

  • Гриффин Г., Гаустад Г. и Бадами К. Структура управления поставками критически важных материалов и смягчения последствий на уровне фирмы. Ресурс. Политика 60 , 262–276 (2019).

    Google ученый

  • Хофманн, М., Хофманн, Х., Хагелюкен, К. и Хоол, А. Критическое сырье: точка зрения материаловедческого сообщества. Сустейн. Матер. Технол. 17 , e00074 (2018).

    КАС Google ученый

  • Алонсо, Э., Грегори, Дж., Филд, Ф. и Кирчейн, Р. Доступность материалов и цепочка поставок:   риски, последствия и меры реагирования. Окружающая среда. науч. Технол. 41 , 6649–6656 (2007).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Накамура, Э.и Сато, К. Управление дефицитом химических элементов. Нац. Матер. 10 , 158–161 (2011).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Раабе, Д., Тасан, К.С. и Оливетти, Э.А. Стратегии повышения устойчивости конструкционных металлов. Природа 575 , 64–74 (2019).

    КАС пабмед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Салливан А.S., Gilbert WS Гондольеры . Микадо (либретто) (1889).

  • Миатто, А., Рек, Б.К., Уэст, Дж. и Гредель, Т.Е. Взлет и падение американского лития. Ресурс., консерв. Утилизация 162 , 105034 (2020).

    Google ученый

  • ЮНЕП. Темпы переработки металлов: отчет о состоянии, отчет Рабочей группы по глобальным потокам металлов для Международной группы ресурсов.(ред. Graedel TE, и др. ) (Программа ООН по окружающей среде, 2011 г.).

  • Петраникова М. и др. Устойчивость ванадия в контексте инновационной переработки и развития источников. Управление отходами. 113 , 521–544 (2020).

    КАС пабмед Google ученый

  • Ткачик А. Х., Бартл А., Амато А., Лапковскис В. и Петраникова М. Оценка устойчивости важнейших сырьевых материалов: кобальта, ниобия, вольфрама и редкоземельных элементов. J. Phys. Д заявл. физ. 51 , 203001 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Изард, К. Ф. и Мюллер, Д. Б. Отслеживание дьявольского металла: Исторические глобальные и современные циклы олова в США. Ресурс. Консерв. Переработка 54 , 1436–1441 (2010).

    Google ученый

  • Нассар, Н. Т., Гредель, Т. Э. и Харпер, Э.M. Побочные металлы необходимы с технологической точки зрения, но их поставка проблематична. Науч. Доп. 1 , e1400180 (2015 г.).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Геологическая служба США. Обзоры минерального сырья 2020. В: Обзоры минерального сырья (2020).

  • Рирдон А. С. Металлургия для неметаллургов , 2-е изд. (АСМ Интернэшнл, 2011).

  • Международный форум по нержавеющей стали. Нержавеющая сталь для дизайнеров (2018).

  • Дэвис Дж. Р. Высокопрочные низколегированные стали. В: Легирование: понимание основ (ASM International, 2001).

  • Кузиак Р., Кавалла Р. и Вэнглер С. Усовершенствованные высокопрочные стали для автомобильной промышленности. Арх. Гражданский мех. англ. 8 , 103–117 (2008).

    Google ученый

  • Лонг, Х., Мао С., Лю Ю., Чжан З. и Хань X. Микроструктурный и композиционный дизайн монокристаллических суперсплавов на основе никеля — обзор. Дж. Сплав. комп. 743 , 203–220 (2018).

    КАС Google ученый

  • Kruzic, JJ Объемные металлические стекла как конструкционные материалы: обзор. Доп. англ. Матер. 18 , 1308–1331 (2016).

    КАС Google ученый

  • Мота, Р.М.О., Гредель Т.Е., Пекарская Э. и Шроерс Дж. Критичность составных элементов массивного металлического стекла. JOM 69 , 2156–2163 (2017).

    КАС Google ученый

  • Цай, М.-Х. и Йе, Дж.-В. Высокоэнтропийные сплавы: критический обзор. Матер. Рез. лат. 2 , 107–123 (2014).

    Google ученый

  • Джордж Э.П., Раабе Д. и Ричи Р. О. Высокоэнтропийные сплавы. Нац. Преподобный Матер. 4 , 515–534 (2019).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Gaultois, M.W. et al. Обзор термоэлектрических материалов на основе данных: соображения производительности и ресурсов. Хим. Матер. 25 , 2911–2920 (2013).

    КАС Google ученый

  • Хе, Дж.и Тритт, Т. М. Достижения в области исследований термоэлектрических материалов: оглядываясь назад и двигаясь вперед. Наука 357 , eaak9997 (2017).

    Google ученый

  • Мохд Джани, Дж., Лири, М., Субик, А. и Гибсон, М.А. Обзор исследований, применений и возможностей сплавов с памятью формы. Матер. Дес. 56 , 1078–1113 (2014).

    КАС Google ученый

  • Шеляков А.и другие. Влияние высокоскоростного отжига на микроструктуру, мартенситное превращение и память формы лент TiNiCu, формованных из расплава. Матер. лат. 248 , 48–51 (2019).

    КАС Google ученый

  • Фергюсон Дж. Б., Шульц Б. Ф. и Рохатги П. К. Самовосстанавливающиеся металлы и композиты с металлической матрицей. JOM 66 , 866–871 (2014).

    КАС Google ученый

  • ван Дейк, Н.и ван дер Цвааг, С. Явление самовосстановления в металлах. Доп. Матер. Интерфейсы 5 , 1800226 (2018 г.).

    Google ученый

  • Что такое легированный металл? – A Plus Topper

    Что такое легированный металл?
    1. Сплав представляет собой смесь двух или более элементов с определенным фиксированным составом, в котором основным компонентом должен быть металл .
    2. В процессе изготовления сплавов в расплавленный металл добавляют один или несколько посторонних элементов.Таким образом, позиции некоторых атомов металла замещаются атомами постороннего металла, которые могут быть больше или меньше.
    3. Эти инородных атомов разного размера нарушают упорядоченное расположение металлов. Таким образом, свойства чистого металла улучшаются.
    4. Сплавы прочнее, тверже, более устойчивы к коррозии, имеют лучшую отделку и более блестящие, чем их чистый металл.
    5. Большинство сплавов представляют собой смесь металлов. Некоторые сплавы могут содержать смесь металла и неметалла.
      Пример:
      (а) Латунь представляет собой смесь меди и цинка.
      (b) Сталь представляет собой смесь железа и углерода.
      (c) Нержавеющая сталь представляет собой смесь железа, углерода и хрома.
    6. Путем изменения процентного состава металлов можно изменить свойства полученного сплава.

    Для чего производятся сплавы?

    Цели изготовления сплавов:

    Три цели изготовления сплавов:
    (a) Повышение прочности и твердости чистого металла
    (b) Повышение коррозионной стойкости чистого металла
    ( в) Для улучшения внешнего вида чистого металла

    1. Для увеличения прочности и твердости чистого металла.
      (a) Во время сплавления небольшое количество атомов другого элемента добавляется к расплавленному чистому металлу. Когда сплав становится твердым, позиции одного атома чистого металла замещаются атомами другого элемента разного размера.
      (b) Присутствие этих инородных атомов разного размера нарушает упорядоченное расположение атомов в чистом металле.
      (c) Это уменьшает скольжение слоев атомов друг относительно друга и делает сплавы более твердыми и прочными, чем чистые металлы.
      (d) Например, когда атомы углерода добавляются к железу для образования стали, атомы углерода меньшего размера, чем атомы железа, нарушают упорядоченное расположение атомов железа, что затрудняет скольжение слоев атомов друг по другу. Это делает сталь тверже, чем чистое железо.
    2. Для повышения коррозионной стойкости чистого металла
      (a) Большинство металлов легко подвергается коррозии на воздухе. Это потому, что они реагируют с кислородом и водяным паром в воздухе.
      (b) Легирование может предотвратить коррозию металлов. Это связано с тем, что легирование помогает предотвратить образование оксидного слоя на поверхности металла.
      (c) Например, углерод, хром и никель добавляются в железо для изготовления нержавеющей стали. Столовые приборы из нержавеющей стали не подвержены коррозии.
    3. Для улучшения внешнего вида чистого металла
      (a) Металлы имеют блестящую поверхность. Однако образование матового оксида металла на поверхности металла приводит к тому, что он быстро теряет свой блеск.
      (b) Легирование помогает сохранить поверхность металла блестящей, поскольку предотвращает образование оксида металла.
      (c) Например, атомы сурьмы и меди добавляются к олову, благодаря чему олово имеет более блестящую поверхность, чем олово.

    Люди также спрашивают

    Список сплавов и их состав и использование

    Состав, свойства и использование сплавов:

    1. Сегодня многие сплавы сочинение.
    2. Использование каждого типа сплавов зависит от свойств сплава.
    3. Таблица показывает состав, свойства и использование некоторых сплавов.
    ,
    сплав Состав Свойства Использование
    Bronze 80% CORE, 20% TIN Тяжелые, сильные, не видны легко, блестящие поверхность медали, статуи, памятники , художественные материалы
    Латунь 70 % меди, 30 % цинка Тверже меди, блестящая поверхность Музыкальные инструменты, кухонная утварь, дверные ручки, гильзы, декоративные украшения, электрические детали.
    Cupro-Nickel 75% меди, 25% никель Красивая поверхность, блестящие, жесткие, не теряется легко монета
    сталь 99% утюги, 1% углерода прочный Здания, мосты, кузова автомобилей, железнодорожные пути

    Нержавеющая сталь

    74% железо, 8% углерод, 18% хром , трубы, хирургические инструменты
    Дюралюминий Алюминий 93 %, медь 3 %, магний 3 %, марганец 1 % 96 % олово, 3 % медь, 1 % сурьма Блестящий, прочный, не подвержен коррозии Предметы искусства, сувениры
    Припой 50 % олово, 50 % свинец Твердый, блестящий, 911 83 Припой для электрических проводов и металла
    9-каратное золото 37.5 % золота, 51,5 % меди, 11 % серебра Блестящий, прочный, не подвергается коррозии Ювелирные изделия

    Сплав тверже чистого металла Эксперимент

    Aim Исследовать, тверже ли сплав 9:09020 чем чистый металл.
    Постановка задачи: Является ли сплав тверже чистого металла?
    Гипотеза: Бронза тверже меди.
    Переменные:
    (a) Управляемая переменная: Различные типы материалов (медь и бронза)
    (b) Отвечающая переменная: Диаметр вмятины
    (c) Управляемые переменные: Диаметр стального шарикоподшипника, высота груза, масса груза
    Рабочее определение: Чем меньше диаметр вмятины, тем тверже материал.
    Материалы: Медный блок, бронзовый блок, целлофановая лента.
    Прибор: Подставка для реторты и зажимы, груз 1 кг, измерительная линейка, стальной шарикоподшипник, резьба.
    Процедура:

    1. Стальной шарикоподшипник приклеен к медному блоку с помощью целлофановой ленты.
    2. Груз массой 1 кг подвешен на высоте 50 см над медным блоком, как показано на рисунке.
    3. Груз может падать на шарикоподшипник.
    4. Измеряется диаметр вмятины, оставленной шарикоподшипником на медном блоке.
    5. Шаги с 1 по 4 дважды повторяются на других частях медного блока, чтобы получить среднее значение диаметра образовавшихся вмятин.
    6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием бронзового блока для замены медного блока, при этом другие факторы остаются неизменными.
    7. Показания записываются в таблицу ниже.

    Результатов:

    +
    Металлического блок Диаметр вмятины (мм)
    1 2 3 Среднее
    Медь 2.9 2.8 2.8 2.9 2.9 2.87
    Bronze 2.1 2.2 2.2 2.17

  • Чем меньше диаметр вмятины прочнее материал.
  • Средний диаметр вмятин на поверхности медного блока больше, чем у бронзового блока.
  • Судя по результатам, бронза тверже меди.
  • Заключение:
    Гипотеза принята.
    Оперативным определением твердости в этом эксперименте является мера вмятины, остающейся на материалах при падении груза весом 1 кг с высоты 50 см на шарикоподшипник, прибитый к материалу.
    Чем меньше диаметр вмятины, тем тверже материал.

    Железо ржавеет быстрее, чем сталь эксперимент

    Цель: Исследовать, ржавеет ли железо быстрее, чем сталь, сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь.
    Постановка задачи: Железо ржавеет быстрее, чем сталь? Сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь?
    Гипотеза: Железо ржавеет быстрее, чем сталь, а сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь.
    Переменные:
    (a) Управляемая переменная: Различные типы гвоздей
    (b) Реагирующая переменная: Интенсивность и количество синего цвета
    (c) Управляемые переменные: Размер гвоздей, концентрация используемых растворов, продолжительность коррозии
    Рабочее определение: Чем интенсивнее образовавшийся синий цвет, тем выше скорость ржавления.
    Материалы: Железный гвоздь, стальной гвоздь, гвоздь из нержавеющей стали, раствор желе, раствор гексацианоферрата калия (III), вода, наждачная бумага
    .
    Аппаратура: Пробирки, штатив для пробирок.
    Процедура:

    1. Гвозди шлифуют наждачной бумагой для удаления ржавчины с поверхности гвоздей.
    2. Железный гвоздь помещают в пробирку А, стальной гвоздь в пробирку В и гвоздь из нержавеющей стали в пробирку С.
    3. Готовят 5% раствор желе, добавляя 5 г желе на 100 см кипящая вода.Затем к раствору желе добавляют несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия.
    4. Горячий раствор желе заливают в три пробирки, пока все гвозди не будут полностью погружены.
    5. Пробирки помещают в штатив для пробирок и оставляют на три дня. Наблюдается интенсивность синего цвета.
    6. Все наблюдения заносятся в таблицу ниже.

    Наблюдения:

    A Очень высокий Rustping происходит очень быстро.
    B Низкая Ржавление происходит медленно.
    C Нет Ржавчины нет.

    Обсуждение:

    1. Когда железо ржавеет, каждый атом железа теряет два электрона, образуя ион железа (II), Fe 2+ .
      Fe(s) → Fe 2+ (водн.) + 2e (водн.)
    2. Раствор гексацианоферрата (ll) калия добавляют в раствор желе в качестве индикатора для обнаружения ионов железа (ll).
    3. При наличии иона железа(II) раствор гексацианоферрата(III) калия окрашивается в темно-синий цвет.
    4. Чем выше интенсивность синего цвета, тем выше скорость коррозии.
    5. Затвердевший желейный раствор используется для улавливания и четкого вскипания синей окраски. Это связано с тем, что диффузия в твердых телах происходит медленнее всего.
    6. Судя по наблюдениям, железо ржавеет быстрее, чем сталь. Нержавеющая сталь не ржавеет.
    7. Гвоздь из нержавеющей стали не ржавеет.Это потому, что этот гвоздь представляет собой сплав железа с углеродом, хромом и никелем.
    8. Гвоздь из стали будет медленно ржаветь. Наличие атомов углерода сделает сталь прочнее железа, но не предотвратит ее ржавление.
    9. Ржавление железа является примером коррозии. Когда происходит коррозия, металл теряет электроны, образуя ион металла.

    Вывод:
    Железо ржавеет быстрее, чем сталь, сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь. Гипотеза принимается.
    В этом опыте рабочим определением ржавчины является образование темно-синего цвета при погружении различных гвоздей в желейный раствор, содержащий раствор гексацианоферрата(III) калия.
    Чем больше образовалось темно-синего цвета, тем выше скорость ржавления.

    Ученые обнаружили, что высокое давление является ключом к получению более легких и прочных металлических сплавов — ScienceDaily предполагает.

    На протяжении тысячелетий люди смешивали металлы для создания сплавов с уникальными свойствами. Но традиционные сплавы обычно состоят из одного или двух доминирующих металлов с добавлением небольшого количества других металлов или элементов. Классические примеры включают добавление олова к меди для получения бронзы или углерода к железу для получения стали.

    Напротив, «высокоэнтропийные» сплавы состоят из нескольких металлов, смешанных примерно в равных количествах. В результате получаются более прочные и легкие сплавы, более устойчивые к нагреву, коррозии и излучению и даже обладающие уникальными механическими, магнитными или электрическими свойствами.

    Несмотря на значительный интерес со стороны материаловедов, высокоэнтропийным сплавам еще только предстоит перейти от лабораторных к реальным продуктам. Одна из основных причин заключается в том, что ученые еще не выяснили, как точно контролировать расположение или структуру упаковки составляющих атомов. То, как расположены атомы сплава, может значительно повлиять на его свойства, помогая определить, например, является ли он жестким или пластичным, прочным или хрупким.

    «Некоторые из наиболее полезных сплавов состоят из атомов металлов, расположенных в виде комбинации упаковочных структур», — сказал первый автор исследования Кэмерон Трейси, научный сотрудник Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде и Центра международной безопасности и защиты окружающей среды. Сотрудничество (CISAC).

    Новая структура

    На сегодняшний день ученым удалось воссоздать только два типа структур упаковки с наиболее высокоэнтропийными сплавами, называемые объемно-центрированной кубической и гранецентрированной кубической. Третья, общая структура упаковки в значительной степени ускользала от усилий ученых — до сих пор.

    В новом исследовании, опубликованном онлайн в журнале Nature Communications , Трейси и его коллеги сообщают, что они успешно создали высокоэнтропийный сплав, сделанный из обычных и легкодоступных металлов, с так называемой гексагональной плотноупакованной ( HCP) структура.

    «За последние несколько лет было изготовлено небольшое количество высокоэнтропийных сплавов со структурой ГПУ, но они содержат много экзотических элементов, таких как щелочные металлы и редкоземельные металлы», — сказал Трейси. «Что нам удалось сделать, так это сделать высокоэнтропийный сплав HCP из обычных металлов, которые обычно используются в технических приложениях».

    Хитрость, оказывается, в высоком давлении. Трейси и его коллеги использовали инструмент, называемый ячейкой с алмазными наковальнями, чтобы подвергнуть крошечные образцы высокоэнтропийного сплава давлению до 55 гигапаскалей — примерно такому давлению можно столкнуться в мантии Земли.«Единственный раз, когда вы можете естественным образом увидеть давление на поверхность Земли, — это во время действительно сильного удара метеорита», — сказала Трейси.

    Высокое давление, по-видимому, вызывает трансформацию высокоэнтропийного сплава, который использовала команда, состоящего из марганца, кобальта, железа, никеля и хрома. «Представьте атомы как слой шариков для пинг-понга на столе, а затем добавьте еще несколько слоев сверху. Это может сформировать гранецентрированную кубическую структуру упаковки. Но если вы немного сдвинете некоторые слои относительно первого, вы получится гексагональная плотно упакованная структура», — сказала Трейси.

    Ученые предположили, что причина того, что сплавы с высокой энтропией не подвергаются этому сдвигу естественным образом, заключается в том, что взаимодействующие магнитные силы между атомами металла препятствуют этому. Но высокое давление, кажется, нарушает магнитные взаимодействия.

    «Когда вы сжимаете материал, вы сближаете все атомы. Часто, когда вы что-то сжимаете, оно становится менее магнитным», — сказала Трейси. «Вот что здесь происходит: сжатие высокоэнтропийного сплава делает его немагнитным или близким к немагнитному, и внезапно становится возможной ГПУ-фаза.”

    Стабильная конфигурация

    Интересно, что сплав сохраняет структуру ГПУ даже после снятия давления. «Большую часть времени, когда вы снимаете давление, атомы возвращаются к своей прежней конфигурации. Но здесь этого не происходит, и это действительно удивительно», — сказала соавтор исследования Венди Мао, доцент геологических наук Стэнфордской школы. Земля, энергетика и науки об окружающей среде.

    Команда также обнаружила, что, медленно повышая давление, они могут увеличить количество гексагональной плотной структуры в своем сплаве.«Это говорит о том, что можно адаптировать материал, чтобы дать нам именно те механические свойства, которые мы хотим для конкретного применения», — сказал Трейси.

    Например, двигатели внутреннего сгорания и электростанции работают более эффективно при высоких температурах, но обычные сплавы, как правило, плохо работают в экстремальных условиях, потому что их атомы начинают двигаться и становятся более неупорядоченными.

    «Однако сплавы с высокой энтропией уже обладают высокой степенью беспорядка из-за их сильно перемешанной природы», — сказала Трейси.«В результате они обладают отличными механическими свойствами при низких температурах и остаются отличными при высоких температурах».

    В будущем ученые-материаловеды смогут еще более точно настроить свойства высокоэнтропийных сплавов, смешивая вместе различные металлы и элементы. «Есть огромная часть периодической таблицы и так много перестановок, которые нужно изучить», — сказал Мао.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.