Сплавы металлов сообщение по химии: Доклад-сообщение Сплавы металлов (описание для детей)

alexxlab | 19.09.2018 | 0 | Разное

Доклад-сообщение Сплавы металлов (описание для детей)

В природе множество металлов с разными примесями. Металлы с добавками называют сплавами. Есть металлы, которые называют основными, так как их больше в составе сплава.

Сплавы металлов обладают общими свойствами: теплопроводность, электропроводность, металлический блеск и другие. Для придания определенных свойств сплаву, в него добавляют легирующие добавки.

Основная часть металлов, которые используются в промышленности являются сплавами.

Содержание

Основные виды сплавов

Алюминиевые – сплавы как понятно с названия на основе алюминия. Такие сплавы часто используют при изготовлении деталей и конструкций для машиностроения.

Амальгама – славы ртути с другими металлами. Чаще всего данный сплав применяют для «золотого» покрытия деталей. Используют в металлургии и стоматологии.

Вольфрамовые – сплавы с добавлением вольфрама. За счет своей высокой жаростойкости и прочности часто используется в ракетостроении. Также используют для изготовления приборов с высокими температурами.

Железоуглеродистые сплавы. К данному виду относят чугун, ферросплавы и сталь. Используют практически во всех отраслях промышленности.

Золотые сплавы. Данный сплав также используют для покрытия деталей, которым необходимо иметь «золотой» отлив, такие как монеты, ювелирные изделия и т.д.

Легкоплавкие сплавы. Данный вид сплавов имеет возможность начинать плавиться при достаточно низких температурах.

Магниевые сплавы. Сплавы с добавление магния очень устойчивы к коррозии.

Медные – сплавы с добавлением меди. С данного сплава изготовляют мелкие детали, такие как подшипники, шурупы, шайбы.

Никелевые – сплавы, которые имеют высокую устойчивость к коррозиям.

Оловянные – сплавы, которые изготовлены на основе олова. Такие сплавы также как и никелевые устойчивы к коррозии, но они более мягкие и имеют низкую температуру плавления.

Платиновые сплавы – начинают плавиться при высоких температурах, устойчивы к коррозии, твердые и не хрупкие.

Свинцовые – сплавы, которые обладают свойствами свинца. Устойчивы к некоторым кислотам и коррозии.

Твердые сплавы – сплавы с твердых металлов. С таких сплавов изготовляют материалы и инструменты, которыми обрабатывают металл.

Типографские сплавы имеют низкую температуру плавления.

Титановые сплавы также используют при ракетостроении.

Цинковые сплавы легко обрабатываются, имеют высокую твердость и также высокую температуру плавления.

Картинка к сообщению Сплавы металлов

Доклад на тему Сплавы металлов 9 класс сообщение

Давным-давно люди приметили, говоря о биологии, например, что если совместить два организма, то третий превзойдёт своих родителей. Оказывается, тот же принцип работает и в химии, поэтому историю появления сплавов можно считать незамысловатой. Кто-то просто заметили, что при плавлении металлы смешиваются и получается что-то новое и более прочное.

По современному определению сплавы — это химическое соединение, в которое должен входить хотя бы один металл, при этом остальные компоненты металлами могут не являться.

Например, бронза, являющаяся сплавом медь+олово, более прочная, поэтому чаще всего люди и используют сплавы. Тем более существует бесчисленное множество различных вариаций сплавов, хотя на данный момент известно всего восемьдесят с лишним видов металлов.

Также сплавы отличаются высокой стойкостью и твёрдостью помимо того, что они обладают превосходными литейными свойствами. Например, оловянная бронза (медь+олово) лучше поддаётся литью, чем просто медь, поэтому она часто используется в изваянии произведений искусства. К подобным литейным сплавам также относятся чугун (железо+углерод), дюралюминий (алюминий+медь+магний+марганец) и т.д.

Рассмотрим классификацию сплавов:

Состав. Сплавы подразделяются по преобладающим компонентам, например: титановые, медные, никелевые и т.д.
Ценность. Названия сплавов относятся к ценности компонентов, например: латунь, вольфрамовая сталь и т.д.
Черные металлы. Название чаще всего используется в металлургическом производстве. В эту группу входят абсолютно все сплавы, в составе которых есть железо.
Цветные металлы. Опять-таки название используется в металлургии и относится к остальным металлам, помимо железа.

Соответственно, вышеперечисленные группы делятся на подгруппы с более узким выбором общих компонентов или свойств, например.

Вариант №2

Сплавы

1) Причины использования
2) Классификации
3) Компоненты и лигатуры
4) Применение

Человек революционный шаг сделал, когда понял, что смесь меди и олова гораздо твёрже, чем любой из этих металлов в чистом виде. Считается, что это произошло не менее восьми тысяч лет назад.

В современном мире используются десятки тысяч сплавов, и продолжается разработка новых. Используют несколько критериев для классификации сплавов.

Прежде всего, выделяют две большие группы: чёрные металлы (т.е. сплавы на основе железа) и цветные металлы (на основе других элементов).

В зависимости от того, где будет использован данный металл, его относят к сплавам общего назначения или к специальным. Далее, различают двойные и сложные (тройные, четверные и т.д.) сплавы по числу элементов, входящих в его состав.

Выделяют легированные сплавы. В них вносят специальные примеси для получения нужных свойств. С точки зрения производственного процесса сплавы бывают литейные, порошковые (спекаемые) и деформируемые.

Степень связанности элементов в сплаве может быть разной, поэтому различают механическую смесь (каждый элемент образует отдельный кристалл), твёрдый раствор (разные элементы встраивается в общую кристаллическую решётку) и соединение (атомы образуют химическую связь).

Для придания железу большей твёрдости вносят углерод, но одновременно металл становится более хрупким. Сталь содержит 0.3-2.14% углерода. Малоуглеродистая сталь используется как конструкционный материал, более твёрдые сорта идут на изготовление инструментов. Легированная сталь применяется в машиностроении и изготовлении инструментов с большой скоростью резания. Легируют сталь введением хрома, марганца, титана, ванадия и др. Таким способом добиваются увеличения прочности без потери твёрдости.

Чугун содержит от 2 до 4% углерода. Из него литьём изготавливают изделия, обладающие хорошей стойкостью к истиранию, прочностью, жёсткостью.

Кадмий замедляет износ медных сплавов. В медных сплавах цинк увеличивает пластичность и устойчивость к коррозии. Титан намного увеличивает температурный предел эксплуатации. Никель и, в меньшей степени, хром увеличивают прочность феррита, не влияя на пластичность.

9 класс по химии

Сплавы металлов

Доклад по химии Тема: “Сплавы”

МОСКОВСКИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ

ШКОЛА — ЛАБОРАТОРИЯ № 799

Доклад по химии

Тема: “Сплавы”

Ученика Кудашева Алексея

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволка имеют чистоту около 99,9%. В большинстве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специльную маркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали различных составов. Простые конструкционные стали состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10% других металов, из них примерно 3% составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержавеющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при температурах выше 1000 °С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы.

Сплав меди, известный с древнейших времен, – бронза содержит 4-30% олова (обычно 8-10%). До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в средние века орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава меди с оловом. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5-10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически вечны. Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов: свинца, марганца, сурьмы, железа и кремния.

Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав -нейзильбер -содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента. Медно-никелевые сплавы константан (40% никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве электроизмерительных приборов. Характерная особенность всех медно-никелевых сплавов – их высокая стойкость к процессам коррозии – они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Сплавы меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь. Латунь “60” содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содержащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части технологических аппаратов для получения различных веществ.

По следующим рецептам можно получить легкоплавкие сплавы. Сплав Ньютона: 31 массовая часть свинца, 19 частей олова и 50 частей висмута. Температура плавления 95 °С. Сплав Вуда: 25 частей свинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия. Температура плавления 60 °С. Ложка из такого сплава расплавится, если ею помешать горячий кофе. Раньше это демонстрировали в качестве шутливого опыта. Однако перемешанный таким образом напиток ядовит из-за солей свинца и висмута!

Очень давно было замечено, что если смешать расплавленные металлы и остудить полученную смесь, то получается вещество, свойства которого отличаются от свойств каждого из металлов. Так, если в расплавленную медь добавить алюминий, то в результате химической реакции получается новое соединение с формулой АlСи.

Сплавы получают различными способами. Если смешивают расплавленные компоненты, а затем производят кристаллизацию полученного расплава, то получают литой сплав. Кристаллизация – это процесс перехода из жидкого состояния в твердое. При этом образуется соединение с кристаллической структурой. А если смешивают порошки компонентов, а затем спекают смесь при высокой температуре, то получают сплав, который называется порошковым сплавом. Для улучшения свойств в сплавы вводятся элементы, которые называются легирующими.

Виды сплавов

В состав сплавов могут входить только металлы или соединения металлов с неметаллами. Свое название сплав обычно получает от названия элемента, который содержится в сплаве в самом большом количестве и составляет основу сплава. Так, если основой сплава является железо, то сплавы называются чёрными. А если основа сплавов – цветные металлы, то и сплавы называются цветными. Бывают ещё сплавы редких металлов и сплавы радиоактивных металлов.

ЧЕРНЫЕ СПЛАВЫ

В сплавах могут быть два и более компонентов.

Наиболее известные чёрные сплавы – сталь и чугун. Оба эти сплава являются смесью железа и углерода. Но чугун содержит углерода намного больше, чем сталь. Кроме углерода, в чугун входят сера, фосфор, марганец и кремний. В сталь также добавляются эти элементы, но в гораздо меньших количествах. Чугун – хрупкий материал. Его применяют там, где не требуется ковка. А вот сталь не только прочный, но и пластичный материал. Поэтому она широко применяется в промышленности в металлических конструкциях, механизмах, деталях, для изготовления режущих инструментов и т. д. В нашем доме нас окружают изделия из нержавеющей стали: ножи, вилки, ложки, ножницы, тёрки, кастрюли.

ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ

Самые известные сплавы меди – бронза и латунь.

Сплав меди с оловом называют бронзой. В III тысячелетии до н.э из меди изготавливались орудия труда, так как залежи меди в то время были огромны. Выяснилось, что если медь соединить с оловом, то получается вещество, более поддающееся литью. Так впервые была получена бронза. Следующее тысячелетие назвали «бронзовым веком». В XV в. из бронзы начали отливать пушки. В наше время бронза применяется в машиностроение для изготовления различных деталей.

Латунь – сплав меди с цинком. Используется в производстве техники, автомобилестроении, в химической промышленности. Интересно, что латунь внешне схожа с золотом. Поэтому до XIX века ее часто выдавали за золото.

Соединение меди с алюминием называют алюминиевой бронзой. Алюминиевая бронза – очень пластичный материал.

Мельхиор — сплав меди и никеля. Используется для изготовления столовых приборов и художественных изделий.

Известный алюминиевый сплав дюралюминий – соединение алюминия с медью, магнием и марганцем. Применяется в авиационной промышленности и авиастроении.

Магниевые, титановые, берилиевые сплавы также находят свое применение в промышленности и медицине.

Металлы и сплавы играют очень важную роль в различных видах жизнедеятельности человека. Невозможно перечислить все сферы, в которых металлы и их сплавы находят применение.

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

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

механически прочнее и твёрже,
со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
устойчивее к коррозии,
устойчивее к высоким температурам,
практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.


Конструкция из стальных балок	Радиаторы центрального отопления	Ажурные перила, отлитые из чугуна

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.


Нагревательные элементы бытовых электроприборов	Запорные краны для водопроводов и газопроводов	Пружинящие контакты электрических розеток

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.


Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления	Легкоплавкие сплавы используются в литейном деле	Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.


Ювелирные изделия из сплавов золота	Позолоченные электрические контакты

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

Бронзовая скульптура

Колокола отливают из специального сорта бронзы

Чугунная лестница. Практично и очень красиво

Сплавы металлов краткое сообщение – Морской флот

При плавлении металлы обычно смешиваются один с другим, образуя сплавы.

Еще в глубокой древности люди заметили, что в большинстве случаев сплавы обладают другими, нередко более полезными для них свойствами, чем составляющие их чистые металлы.

Как вы уже знаете, у бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Значительно чаще применяются их сплавы. Известно немногим более 80 металлов, но из них получены десятки тысяч различных сплавов.

Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, из нее трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза — сплав Си + Бп имеет прекрасные литейные свойства: из нее отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун — сплав железа с углеродом — также великолепный литейный материал. Чистый алюминий — очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из А1, М£, Мп, Си, №, называемый дюралюминием, в четыре раза прочнее алюминия на разрыв.

Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь — материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с малым коэффициентом термического расширения.

Сплавы — это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых по крайней мере один — металл.

Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и соединения.

По состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, например сплавы меди и олова, золота и серебра, и неоднородными, представляющими собой механическую смесь металлов.

Сплавы классифицируются по-разному, в зависимости от того, какой признак взят за основу. Чаще всего сплавы подразделяют по составу: медные, алюминиевые, никелевые, титановые и т. д.

Есть группы сплавов, носящие общие названия: бронзы, латуни и др. Иногда в названии сплава отмечают особо ценные компоненты: бериллиевые бронзы, вольфрамовая сталь и др.

В металлургии железо и все его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы; остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы.

Подавляющее большинство железных (или черных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чутуны и стали.

Чугун — сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь — передельный чугун.

В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун (табл. 4).

Вид	Состав	Свойства	Применение
Серый чугун	Содержит 1,7—4,3% С, 1,25—4,0% и до 1,5% Мn. Из-за большого содержания кремния снижается растворимость углерода, поэтому углерод находится в свободном состоянии в виде графита	Сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Свободный углерод придает чугуну мягкость

Производство литых деталей (шестерни, колеса, трубы И т. д.)Белый чугунСодержит 1,7—4,3% С, более 4% Мn, но очень мало кремния. Углерод в основном содержится в виде цементита — карбида железа Fе3 СТвердый и хрупкий материал. Эти свойства придает цементит, который обладает большой твердостьюПереработка в сталь

Сталь — сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на два основных вида: углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также Мn, Si, Р и S гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (содержание углерода не превышает 0,3%), средней твердости (углерода несколько больше, чем в мягких) и твердые (углерода может быть до 2%). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой — различные инструменты.

Легированная сталь — это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др.

Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии (ржавления). Они применяются в строительстве (например, облицовка колонн станции «Маяковская» московского метро выполнена из хромоникелевой стали), а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромо-молибденовые и хромованадиевые стали очень твердые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах. Они служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Некоторые легированные стали представлены в таблице 5.

Свойства некоторых легированных сталей и их применение

Легирующий элемент	Особые свойства стали	Изделия, для производства которых используется сталь
Хром	Твердость и коррозионная стойкость	Инструменты, резцы, зубила
Никель	Вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость	Турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких температурах

Марганец	Твердость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению	Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов
Титан	Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость	В самолето-, ракето- и судостроении. Химическая аппаратура
Вольфрам	Твердость и

износоустойчивость

Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических лампМолибденЭластичность, жаростойкость, коррозионная стойкостьЛопасти турбин реактивных самолетов и автомобилей, броневые плиты, лабораторная посуда, детали электронных лампКремнийУстойчивость к воздействию кислотТрансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборыВанадийВысокая прочность, упругость и устойчивость к ударам

Стали — это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности .

В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова.

Дмитрий Константинович Чернов

Русский ученый в области металлургии, основоположник науки о металлах — металловедении. Разработал (1868) наилучшие условия отливки, ковки и термической обработки стали. С тех пор бронзовые артиллерийские орудия были вытеснены стальными.

Аносов Павел Петрович

Горный инженер, металлург. Внес большой вклад в развитие производства стали. Первый исследователь, применивший (1831) микроскоп для изучения структуры стали. Изобрел способ закалки стальных изделий в струе сжатого воздуха. Раскрыл секрет приготовления булатной стали. Получил литую сталь из чугуна, усовершенствовал многие заводские механизмы и печи.

Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.

Бронза — сплав на основе меди с добавкой (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.

Латунь — также медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка. Применяется в моторостроении.

Мельхиор — сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используется для изготовления сравнительно недорогих столовых приборов и художественных изделий.

Дюралюминий (дюраль, дуралюмин) — сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолето- и машиностроении.

1. Сплавы и их классификация.

2. Черные металлы: чугуны и стали.

3. Цветные металлы: бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий.

Какой период в истории человечества называют «бронзовым веком»? Почему?

Какое количество вещества меди и никеля нужно взять для производства 25 кг мельхиора?

Что объединяет два выражения: «легирующие элементы стали» и «привилегированное положение в обществе»?

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь – Образовательный форум.

Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве (основной элемент, основа) , например сплавы железа, сплавы алюминия. Элементы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс -легированием.

По характеру металла – основы различают черные сплавы (основа – Fe), цветные сплавы (основа – цветные металлы) , сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. По числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т. д. ; по структуре – на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси) , состоящие из нескольких фаз (последние могут быть стабильными и метастабильными) ; по характерным свойствам – на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие, сплавы со специальными свойствами и другие. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и другим видам обработки давлением) .

Структура и получение. Физико-химической основой создания сплавов являются диаграмма состав-свойства и диаграмма состояния соответствующих систем, позволяющие определять свойства сплавы в условиях их термической обработки. Диаграммы состояния строят на основании экспериментальных данных или расчетным путем с использованием различных термодинамических моделей. В настоящее время в той или иной степени диаграммы состояния известны для большинства имеющих практических значение двойных и тройных систем. Далее.

Владельцы сайта

Галина Пчёлкина

Обратная связь

Состав и применение некоторых сплавов

Сплавы металлов. Основные сплавы металлов. Свойства металлов и сплавов :: SYL.ru

Металлургия в нашей жизни занимает исключительно важную роль. Нет, далеко не каждый из нас принадлежит к славному сословию сталеваров, но мы ежедневно сталкиваемся с изделиями из металлов. Как правило, сделаны они из самых разнообразных сплавов. Кстати, а что это такое?

Основные определения

Вообще сплавы металлов – это материалы, полученные методом выплавки, при производстве которых были использованы два или более металлических элемента (в химическом смысле), а также (опционально) специальные присадки. Одним из первых материалов такого рода была бронза. В ее состав входит 85% меди и 15% олова (80:20 в случае колокольной бронзы). В настоящее время существует несколько разновидностей этого соединения, в составе которых вообще нет олова. Но встречаются они не так уж и часто.

Нужно четко понимать, что сплавы металлов в большинстве случаев образуются вообще без участи человека. Дело в том, что получить абсолютно чистый с химической точки зрения материал можно только в лаборатории. В любом металле, который используется в бытовых условиях, наверняка есть следы другого элемента. Классический пример – золотые украшения. В каждом из них есть определенная доля меди. Впрочем, в классическом смысле под этим определением все равно понимают соединение двух и более металлов, которое было целенаправленно получено человеком.

Вся история человека является отличным примером того, как сплавы металлов оказались способны оказать огромное влияние на развитие всей нашей цивилизации. Не случайно есть даже длительный исторический период, который называется «Бронзовый век».

Общие характеристики сплавов металлов

А сейчас мы рассмотрим общие свойства металлов и сплавов, которыми те характеризуются. Их же очень часто можно встретить в специализированной литературе.

Характеристика	Расшифровка
Прочность	Способность сплава противостоять механическим нагрузкам и противиться разрушению.
Твердость	Свойство, которое определяет сопротивляемость материала попыткам внедрить в его толщу деталь из другого сплава или металла.
Упругость	Способность к восстановлению начальной формы после приложения значительного механического усилия, нагрузки.
Пластичность	Напротив, это свойство, характеризующее возможность изменения формы и размером под действием приложенного усилия, механической нагрузки. Кроме того, это оно же характеризует способность детали сохранять вновь приобретенную форму на протяжении длительного времени.
Вязкость	— способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Вот какими качествами характеризуются сплавы металлов. Таблица поможет вам в них разобраться.

Сведения о производстве

В принципе, в настоящее время под «сплавом» вполне может пониматься материал, в основе которого лежит только один химический элемент, но «разбавленный» целым пакетом присадок. Наиболее распространенный способ их получения, расплавление до жидкого состояния, мало изменился с глубокой древности.

К примеру, анализ металлов и сплавов показывает, что древние индийцы овладели удивительным для своего времени уровнем обработки металла. Они даже начали создавать сплавы с использованием тугоплавкого цинка, что и в наше время является довольно-таки трудоемкой и сложной процедурой.

На сегодняшний день для этих целей довольно широко используется также порошковая металлургия. Особенно часто этим методом обрабатывают черные металлы и сплавы на их основе, так как в этом случае зачастую требуется максимальная дешевизна как самого процесса, так и выпускаемой продукции.

Распространение сплавов в современной промышленности

Следует заметить, что все металлы, которые интенсивно используются современной промышленностью, являются именно сплавами. Так, более 90% всего получаемого в мире железа идет на изготовление чугунов и различных сталей. Объясняется такой подход к делу тем, что сплавы металлов в большинстве случаев демонстрируют лучшие свойства, нежели чем их «прародители».

Так, предел текучести чистого алюминия составляет всего лишь 35 Мпа. А вот если в него добавить 1,6% меди, магния и цинка в соотношении 2,5% и 5,6% соответственно, то этот показатель может легко превысить даже 500 МПа. Кроме прочего, можно значительно улучшить свойства электропроводности, теплопроводности или другие. Никакой мистики в этом нет: в сплавах строение кристаллической решетки изменяется, что и позволяет приобретать им прочие свойства.

Проще говоря, количество такого рода материалов в наши дни велико, но оно постоянно продолжает расти.

Основные классификационные сведения

В общем-то, никаких особенных сложностей здесь нет: соединения, в которых использованы цветные металлы и сплавы на основе железа. Ниже мы разберем обе этих категории на примере основных видов, а также обсудим сферы их применения в современной промышленности и на производстве.

Стали

Все соединения железа, содержащие до 2% углерода, называются сталями. Если в составе имеется хром, ванадий или молибден, то их называют легированными. С этими материалами мы сталкиваемся постоянно, ежедневно и ежечасно. Количество сталей на сегодняшний день таково, что одно их перечисление могло бы занять не слишком тонкую книгу.

Мы уже говорили, что механические свойства металлов и сплавов сильно отличаются, но в случае этих материалов нередко противоположными качествами обладают даже различные виды сталей, отчего сферы их применения сильно расходятся.

Если в материале менее 0,25% углерода, то он используется в каких-то технических конструкциях. Если же в стали более 0,55% углерода, то она идеально подходит для производства различных высококачественных режущих инструментов, в том числе резцов для токарных станков, сверл и хирургических принадлежностей. Но если речь идет о приспособлениях, которые применяются для быстрой резки, то на их производство идет исключительно легированная сталь.

Чугун

Если в сплаве железа содержится более 3-4% углерода, то он называется чугуном. Кроме того, его важным элементом является кремний. Из чугуна изготавливается масса деталей и готовых изделий. К примеру, блоки двигателей для автомобилей. В случае качественно сделанной отливки без полостей и каверн, изделие обладает впечатляющей механической прочностью. В этой связи стоит вспомнить хотя бы пушки 14-15 века, которые нередко выдерживали трех-четырехкратное увеличение порохового заряда.

Конечно же, применение металлов и сплавов никогда не ограничивалось исключительно военной отраслью, но зачастую получалось так, что именно эта отрасль промышленности постоянно находила новые методы обработки металла, двигая вперед всю цивилизацию.

Медные сплавы

Чаще всего под этим термином понимаются разные сорта латуни. Это такие сплавы меди, в которых содержится от 5 до 45% цинка. Если его содержание колеблется в пределах 5-20%, то это красная латунь (томпак). Если же в материале содержится уже 20–36% Zn, то это – желтая латунь.

Эти материалы идеальны в случае необходимости производства и формовки мелких деталей. Малоизвестно, но сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы и обладает большой механической прочностью. Практически тем же характеризуется фосфористая разновидность (к меди прибавляется 5% олова и некоторое количество фосфора). Как и в прошлом случае, отличается высокой прочностью и пружинистыми качествами, а потому идеальна для изготовления мембран и разного рода пружин.

Сплавы свинца

Вообще цветные металлы и сплавы – неразделимо связанные понятия, так как с древнейших времен люди умели выплавлять многосоставные материалы, которые с успехом использовали в военном и мирном деле. Особенно это относится к свинцу, из сплавов которого еще римляне делали водопроводы и канализации. Конечно, они не знали о токсических свойствах этого металла, но им импонировала простота его обработки.

Наиболее известен в настоящее время обычный припой, который изготавливается из одной части свинца и двух частей олова. Как видно из названия, он используется для пайки деталей. Применяется в радиотехнике и прочих технических отраслях. Из сурьмы и свинца делают сплавы, которые используются для изготовления оболочек разного рода кабелей.

Давно известно, что соединения этого металла с кадмием, висмутом или оловом могут плавиться приблизительно при температуре 70 градусов по шкале Цельсия. Именно поэтому сегодня из них делают различные предохранители в системах автоматического пожаротушения.

Как ни странно, но свинец издавна был известен поварам и рестораторам, так как из него нередко делали столовую посуду и приборы. Сплав, который использовался для этого, называется пьютер. В его состав входит приблизительно 85–90% олова. Оставшиеся 10-15% как раз-таки занимает свинец (стандартный сплав двух металлов).

Техники также наверняка знакомы с баббитами. Это также соединения на основе свинца, в состав которых также входит олово, а также мышьяк и сурьму. Эти сплавы весьма ядовиты, но из-за некоторых особых качеств их активно используют в подшипниковой отрасли промышленности.

О легких сплавах

Как мы уже говорили, свойства металлов и сплавов отличаются тем, что у вторых во многих случаях характеристики выше. Особенно это заметно в отношении современной промышленности. В последние годы ей требуется огромное количество легких сплавов, которые обладают повышенной механической прочностью, а также устойчивостью к воздействиям неблагоприятных факторов внешней среды и высокой температуре.

Чаще всего для их производства используется алюминий, бериллий, а также магний. Особенно востребованы соединения на основе алюминия и магния, так как сфера их возможного применения чрезвычайно широка.

Сплавы на основе алюминия

Как мы уже говорили, без них современную промышленность представить себе решительно невозможно. Судите сами: сплавы алюминия активно применяются в авиационной, космической, военной, научно-инженерной и прочих отраслях. Без алюминия невозможно представить себе производителей современной бытовой и мобильной техники, так как корпуса из этого металла все чаще используются современными флагманами этих отраслей.

Какими они бывают?

Делятся сплавы алюминия сразу на три большие группы:

Литейные (Al – Si). Особенно широко они распространены в автомобилестроении и военной промышленности.
Сплавы, предназначенные для литья под давлением (Al – Mg).
Соединения повышенной прочности, самозакаливающиеся (Al – Cu).

Достоинства и недостатки этого материала

Многие сплавы из этого материала экономичны, сравнительно недороги и весьма долговечны, так как не поддаются коррозии. Отличаются высокой прочностью в условиях экстремально низких температур (аэрокосмические отрасли) и весьма простым процессом обработки. Для их формовки не требуется особенно сложного и дорогостоящего оборудования, так как они сравнительно пластичные и вязкие (смотрите таблицу с характеристиками).

Увы, но есть у них и свои недостатки. Так, при температурах выше 175 °С механические свойства алюминия и сплавов на его основе начинают стремительно ухудшаться. Зато благодаря наличию амальгамы на их поверхности (защитной пленки из гидроксида алюминия) они обладают выдающейся устойчивостью к действию агрессивных химических сред, в том числе кислот и щелочей.

Они имеют отличную электропроводность и теплопроводность, немагнитны. Считается, что они абсолютно безвредны для здоровья человека, а потому их можно использовать для производства пищевой посуды и столовых принадлежностей. Впрочем, последние исследователи медиков все же говорят о том, что соединения алюминия в некоторых случаях могут провоцировать развитие болезни Альцгеймера.

Военные полюбили эти материалы за то, что они не дают искр даже при резких механических воздействиях и ударах. Кроме того, они отлично поглощают ударные нагрузки. Проще говоря, некоторые эти сплавы металлов (состав которых чаще всего засекречен) активно используются для производства легкой брони для оснащения ей разнообразных БТР, БМП, БРДМ и прочей техники.

Благодаря всем этим свойствам сплавы на основе повсеместно используют для производства поршней для двигателей внутреннего сгорания, а также в производстве строительных конструкций (устойчивость к коррозии). Широко используется алюминий и материалы на его основе в производстве отражателей для светотехнических представлений, электропроводки, а также для изготовления корпусов разнообразной техники (не намагничивается).

Важно заметить, что даже в теоретически чистом алюминии порой содержится значительная примесь железа. Оно может способствовать более высокой механической прочности материала, но его присутствие делает сплав на основе алюминия сильно подверженным коррозионным процессам. Кроме того, сплав в значительной степени утрачивает свою пластичность, что также не слишком хорошо в большинстве случаев.

Ослабить негативное действие примесей железа помогает кобальт, хром или марганец. Если же в состав сплава входит литий, то получается весьма прочный и упругий материал. Неудивительно, что такое соединение пользуется большой популярностью в авиакосмической промышленности. Увы, но сплавы лития с алюминием имеют неприятное свойство, которое опять-таки выражается в плохой пластичности.

Подведем некоторые итоги. Получается, что основные сплавы металлов в космонавтике, авиации и прочих высокотехнологичных отраслях, имеют в своем составе алюминий. В общем-то, именно так и обстоят дела на сегодняшний день, но нередко в современной промышленности используется магний и его сплавы.

Сплавы магния

Они имеют крайне невысокую массу, а также характеризуются весьма впечатляющей прочностью. Кроме того, именно эти материалы великолепно подходят для литейной промышленности, а заготовки прекрасно поддаются токарной и фрезеровочной обработке. А потому их активно используют в производстве ракет и авиационных турбин, корпусов приборов, дисков автомобильных колес, а также некоторых сортов броневой стали.

Некоторые разновидности этих сплавов отличаются великолепными показателями вязкостного демпфирования, а потому они идут на производство деталей и конструкций, которым приходится работать в условиях экстремально высокого уровня вибраций.

Они довольно мягкие, сравнительно неплохо сопротивляются износу, но отличаются не слишком впечатляющей пластичностью. Зато они отличаются прекрасной приспособленностью к формовке в условиях высоких температур, отлично приспособлены для соединения с использованием всех существующих разновидностей сварок, а также могут быть соединены посредством болтовых соединений, клепки и даже склеивания.

Увы, но все эти сплавы не отличаются особенной стойкостью к воздействию кислот и щелочей. Крайне негативно на них воздействует долгое пребывание в морской воде. Впрочем, магниевые сплавы на удивление стабильны в условиях воздушной среды, так что многими их недостатками можно пренебречь. Если же требуется надежно защитить такие детали от действия коррозии, то применяют нанесение хромового покрытия, анодирование или подобные же методы.

Их можно плакировать при помощи никеля, меди или хрома, предварительно погружая в расплав химически чистого цинка. При такой обработке резко возрастают показатели их прочности и устойчивости к истиранию. Нужно напомнить, что магний является довольно-таки активным с химической точки зрения металлом, а потому при работе с ним необходимо соблюдать хотя бы базовые меры безопасности.

механические свойства металлов и сплавов

Таким образом, производство металлов и сплавов является ключевой особенностью современной промышленностью. С каждым годом люди изобретают все больше способов получения новых материалов, так что вскоре мы наверняка получим совершенно невероятные соединения, которые будут сочетать в себе полезные свойства сразу нескольких групп материалов и химических элементов.

Урок 13. сплавы металлов – Химия – 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 13. Сплавы металлов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.

Глоссарий

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав – материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Цементит – карбид железа Fe₃C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Сплавы металлов и их классификация

Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

Сталь

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Zn + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂↑.

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

Ответ: 20,5

2. Расчёт массы легирующей добавки

Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:

Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:

100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).

Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.

Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:

500 : 85,3 = 5,9 (кг).

Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:

5,9*12 = 70,8 (кг).

Ответ: 70,8

Элементные составы металлических сплавов – сложный процент нажмите, чтобы увеличить

Сегодняшняя статья посвящена химическому аспекту, с которым мы сталкиваемся каждый день: сплавам. Сплавы составляют части зданий, транспорта, монет и многих других предметов в нашей повседневной жизни. Но из чего состоят различные сплавы, которые мы используем, и почему мы используем их вместо элементарных металлов? Графика отвечает на первый из этих вопросов, а в посте мы постараемся ответить на второй.

Сначала немного о том, что такое сплавы, для тех, кто не знаком с этим термином.Сплавы представляют собой смесь элементов, где по меньшей мере один из элементов представляет собой металл. В периодической таблице элементов содержится более 80 металлов, и мы можем смешивать выборки этих различных металлов в различных пропорциях, иногда даже с неметаллами, для создания сплавов. Обратите внимание на использование слова смесь: в подавляющем большинстве случаев сплавы представляют собой просто смешанные элементы, а не элементы, которые химически связаны друг с другом.

Сплавы

можно просто классифицировать с точки зрения их атомного расположения.В тех случаях, когда два элемента, смешанные для получения сплава, имеют одинаковые размеры атомов, атомы второго элемента могут просто занять место атомов первого элемента в структуре. Эти типы сплавов называются замещающими сплавами. С другой стороны, если атомы второго элемента намного меньше, они могут прорезаться в промежутках между атомами первого элемента. Эти сплавы известны как сплавы внедрения. Сплавы могут быть изготовлены несколькими способами, но они в основном создаются путем смешивания расплавленных компонентов.

Существует широкий ассортимент сплавов; основной график иллюстрирует лишь небольшой выбор из тех, которые мы используем в ряде приложений. Но зачем использовать их в первую очередь, когда в периодической таблице так много разных металлов с разными свойствами? Хотя металлические элементы могут иметь желательные свойства, к сожалению, они редко имеют их в удобных сочетаниях. Золото блестящее и, конечно же, золотое, но оно также довольно мягкое, то есть если вы попытаетесь сделать кольцо из чистого золота, оно легко деформируется.Железо присутствует во многих зданиях, но само по себе оно тоже немного мягко, а также имеет тенденцию ржаветь при воздействии влажного воздуха.

Создание сплавов – это, по сути, способ «подправить» свойства металла, приблизить их к идеальным свойствам, которые мы хотим для конкретной цели. Легирование золота медью или серебром усложняет процесс, а легирование железа углеродом и рядом других металлов обеспечивает аналогичный эффект, а также помогает предотвратить его ржавление.Мягкость большинства чистых металлов проистекает из того факта, что слои атомов, которые составляют их структуру, могут легко скользить друг на друга. Поскольку сплавы содержат смесь атомов разного размера, что является следствием смешения элементов, из которых они состоят, слоям становится сложнее соскальзывать друг на друга, поскольку правильное расположение атомов искажается.

Могут быть и другие причины использования сплавов, а также свойства, конечно. Монеты, возможно, были сделаны из золота в далеком прошлом, но большинство номиналов монет содержали бы гораздо более высокую ценность золота, чем их номинальная стоимость, если бы мы сегодня делали их из золота.Даже медь, бывшая фаворитом в производстве монет, более ценна, чем копейки, которые когда-то использовались в моде. До 1992 года в Великобритании монеты в 1 пенсов состояли из сплава, содержащего 97% меди. Сегодня они покрыты медью, а в основе монеты лежит более дешевая сталь. Здесь больше о сплавах, используемых в британских монетах.

Сплавы

также могут иметь свойства, невозможные только для чистых металлов. Сплав нитинол, образованный смешением никеля и титана, является сплавом с памятью формы.Эти сплавы способны «запоминать» свою первоначальную форму, а при нагревании до определенной температуры способны возвращаться к этой форме. Это используется в некоторых оправах очков, а также в более новых приложениях, таких как сгибаемые ложки.

Чистые металлы, на самом деле, используются гораздо реже, чем сплавы, поскольку измененные свойства, которые предоставляет ряд сплавов, гораздо более полезны для нас. Большинство металлических объектов, с которыми вы сталкиваетесь, вероятно, являются сплавами какого-то описания – те, которые химики и материаловеды будут нести ответственность за разработку.Доказательство того, что если бы понадобилось больше, то химия – распространенная сила в современном обществе!

Понравился этот пост и графика? Подумайте о поддержке Compound Interest на Patreon и получайте превью предстоящих публикаций и многое другое!

Графическое изображение в этой статье распространяется под международной лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0. Ознакомьтесь с правилами использования контента сайта.

Ссылки и дальнейшее чтение

6.7A: замещающие сплавы – химия LibreTexts

Когда расплавленный металл смешивается с другим веществом, существует два механизма, которые могут вызвать образование сплава: (1) обмен атомов или (2) межузельный механизм . Относительный размер каждого элемента в миксе играет основную роль в определении того, какой механизм произойдет.

Когда атомы относительно похожи по размеру, обычно происходит обмен атомами, когда некоторые атомы, составляющие металлические кристаллы, замещаются атомами другого компонента.Это называется сплавом замены . Примеры замещающих сплавов включают бронзу и латунь, в которых некоторые атомы меди замещены атомами олова или цинка.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Различные атомные механизмы образования сплавов, показывающие структуры чистого металла, замещения и внедрения. (CCO; Hbf878 через Википедию)

Почему замещающие сплавы происходят: склеивание

Связь между двумя металлами лучше всего описать как комбинацию “совместного использования” металлических электронов и ковалентной связи, одна не может происходить без другой, и соотношение одного к другому изменяется в зависимости от участвующих компонентов.Металлы разделяют там электроны по всей своей структуре, этот поток электронов является причиной многих характеристик, связанных с металлами, включая их способность выступать в качестве проводников. Различное количество и прочность ковалентных связей могут изменяться в зависимости от различных вовлеченных конкретных металлов и от того, как они смешиваются. Ковалентная связь – это то, что отвечает за кристаллическую структуру, а также за температуру плавления и различные другие физические свойства.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): примеры замещающих металлических сплавов.В зависимости от конкретного типа сплава замещения они могут иметь несколько кристаллических структур. Две из возможных структур включают кубический центр лица (слева) и кубический центр лица (справа). Структура металлического сплава не ограничивается этими двумя структурами, но в совокупности они представляют большую часть обычных сплавов.

По мере того, как сходство между электронной структурой металлов, участвующих в сплаве, увеличивается, металлические характеристики сплава снижаются. Чистые металлы полезны, но их применение часто ограничено свойствами каждого отдельного металла.Сплавы позволяют получить металлические смеси, которые имеют повышенную стойкость к окислению, повышенную прочность, электропроводность и температуру плавления; По существу, любое свойство может быть изменено путем регулирования концентрации сплава. Примером могут служить латунные дверные светильники, они прочны и лучше сопротивляются коррозии, чем чистый цинк или медь, два основных металла, которые составляют латунный сплав. Комбинация также имеет низкую температуру плавления, что позволяет легко ее отливать во многие различные формы и размеры. (1) Существует множество других аспектов замещающих сплавов, которые могут быть изучены в глубине, но основная идея заключается в том, что каждый отдельный металл в сплаве дают конечному продукту его химические и физические свойства.

Заместительные сплавы сыграли важную роль в развитии человеческого общества и культуры, как мы ее знаем сегодня. Сам бронзовый век назван в честь сплава замещения, состоящего из олова в металлическом растворе меди. Древние бронзы очень нечистые, или даже не маркированные, содержащие большое количество цинка и мышьяка, а также много примесей. Эти многочисленные сплавы-заменители позволили получить более прочные инструменты и оружие, они позволили повысить производительность как в мастерской, так и на поле боя.Потребность в таких материалах, как олово и медь для производства бронзы, также стимулировала рост торговли, поскольку их руды редко можно найти вместе. Современное химическое понимание сплавов замещения не было бы столь глубоким, если бы не полезность сплавов для человека.

Резюме

Сплав представляет собой смесь металлов, которые имеют объемные металлические свойства, отличные от свойств его составляющих элементов. Сплавы могут быть сформированы путем замены одного металлического атома на другой аналогичного размера в решетке (сплавы замещения), путем вставки меньших атомов в отверстия в металлической решетке (межузельные сплавы) или с помощью комбинации обоих.Хотя элементный состав большинства сплавов может варьироваться в широких пределах, некоторые металлы объединяются только в фиксированных пропорциях с образованием интерметаллического композита

Проблемы

Встречаются ли природные сплавы металлов на поверхности Земли?
Какие две характеристики металла необходимы для образования замещающего сплава?
Может ли кислород или азот быть частью кристаллической структуры сплава замещения?

Решения

Нет, окислительная природа земной атмосферы, а также потребность в специфических и концентрированных металлах препятствуют их естественному обнаружению.
Аналогичные радиусы и аналогичные электроотрицательность.
Только металлические элементы могут образовывать необходимые металлические связи, которые позволяют сплавам формироваться.

Новости металлов, сплавов, исследования, вебинары и многое другое Новости

Safe titanium can replace toxic lead in perovskite solar cells

Исследователи придумали новый материал на основе титана для изготовления неорганических перовскитных солнечных элементов на основе свинца.

23 февраля 2018 года

Новости

Co-Editor in Chief of Materialia receives highest German Research Award

Немецкий исследовательский фонд удостоен премии имени доктора Батиста Гота Готфрида Вильгельма Лейбница

9 декабря 2019Джо Д’Анджело

Новости

Carbon nanotube composites cut CO2 emissions

УНТ, произведенных из СО2 с использованием низкоэнергетических химических процессов, значительно сокращают выбросы, связанные со строительством материалы

5 декабря 2019Cordelia Sealy

Новости

Storing renewable energy even when there is no sun or wind

Новый класс полимеров удешевляет сеточные батареи

27 ноября 2019Лори Дональдсон

Новости

Self-folding materials pop-up at a stretch

Механически инициируемый оригами подход создает сложные трехмерные структуры для биомедицины, электроники или робототехники

27 сентября 2019Cordelia Sealy

News

Minimizing the gap between nano-innovation and risk

Новая система упреждающего управления рисками может идти в ногу с развитием и должна приводить к более безопасным наноматериалам, продуктам и процессам

23 июля 2019Cordelia Sealy

News

Nanocrystals put new face on oxygen reduction

нанокристаллический катализатор с ядром-оболочкой для топливных элементов использует меньше Pt но гонит Реакция восстановления кислорода более эффективна и долговечна

8 января 2020 г.Cordelia Sealy

News

Neutrons help close the gap between experiment and theory

Впервые исследователи сравнили измерения класса металлов, полученных в результате рассеяния нейтронов, с реалистичными теоретическими расчетами.

25 января 2018 года

Новости

New alloy catalyst produces fuels without coking

Инновационный катализатор из платинового и медного сплава может преобразовывать метан из сланцевого газа в углеводородное топливо без покрытия углеродом.

22 января 2018

Новости

Nanocomposite hits the right note for bone repair

Новый биоактивный нанокомпозитный гидрогель на основе гиалуроновой кислоты и самоорганизующихся бифосфонатно-магниевых наночастиц способствует регенерации кости.

5 января 2018Cordelia Sealy

News

Ultrafast cooling produces strong and ductile printed metal parts

Новая технология для 3D-печати металлов, которая использует сверхбыстрое охлаждение, может производить компоненты с исключительным уровнем прочности и пластичности.

5 января 2018 года

23.6: Сплавы – химия LibreTexts

Когда расплавленный металл смешивается с другим веществом, существует два механизма, которые могут вызвать образование сплава: (1) обмен атомов или (2) механизм внедрения . Относительный размер каждого элемента в миксе играет основную роль в определении того, какой механизм произойдет.