Сплавы примеры сплавов: СПЛАВЫ | Энциклопедия Кругосвет

alexxlab | 27.11.1981 | 0 | Разное

Содержание

Микроструктура и фазовый состав сплавов

СТРУКТУРА и СВОЙСТВА  СПЛАВОВ

      Многие считают, что для оценки свойств сплавов достаточно знать их химический состав. Но это не совсем так. Например, многие сплавы после термообработки становятся намного прочнее, хотя химсостав при этом не меняется.  И, наоборот, небольшое изменение химического состава сплава может вызвать непропорционально большое изменение его механических или технологических свойств.     

     На самом деле важно знать, каким образом составляющие компоненты присутствуют в сплаве, а для этого надо знать его фазовый состав. Можно считать, что  химический состав определяет возможные свойства, а фактические свойства определяются фазовым составом.

 Содержание

1. Фазовый состав и микроструктура

2. Возможные фазы  

3. Структурные составляющие сплавов

4. Диаграммы состояний

5. Фазовые превращения

6. Фазовый состав и свойства сплавов

7. Примеси в металлах и сплавах

8. Фазовый состав медных сплавов

1. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ и МИКРОСТРУКТУРА

      Чистые металлы после кристаллизации всегда состоят из кристаллитов одного типа, т.е. из зерен одинакового химического состава. Совокупность зерен (кристаллитов) одинакового химического состава называется фазой. Все чистые металлы являются однофазными.

       В отличие от чистых металлов процесс образования сплавов намного сложнее. Результат кристаллизации редко бывает однозначным, поскольку  определяется несколькими факторами: взаимной растворимостью компонент, условиями охлаждения, последующей термообработкой. Если сплав состоит из зерен одного химического состава, то он является однофазным (гомогенным). Если образуются кристаллы разного химического состава, то сплав считается многофазным (гетерогенным), а разновидности образующихся кристаллов определяют его

фазовый состав.

        Зерна разных фаз могут по-разному сосуществовать друг с другом. Невооруженным глазом зёренное строение не видно, оно доступно только при  микроскопическом исследовании полированных, предварительно протравленных шлифов. Строение сплава, наблюдаемое через микроскоп, называется микроструктурой (на практике очень часто говорят просто «структура»). 

     Участки микроструктуры, которые одинаково выглядят при рассмотрении через микроскоп, называются структурными составляющими. Они имеют однообразную форму, дисперсность (размеры) и взаимное расположение зерен. Структурные составляющие могут состоять из а) кристаллов одной фазы  или б) из зерен нескольких фаз.

     Свойства сплавов определяются их микроструктурой, т.е. видом и составом структурных составляющих, которые, в свою очередь, определяются фазовым составом.

  2. ВОЗМОЖНЫЕ ФАЗЫ в СПЛАВАХ

     Кратко рассмотрим фазы, которые  могут существовать в сплавах.

    2.1. Твердый раствор

     Твердые растворы составляют основу большинства промышленных сплавов. Например, стали – многокомпонентные твердые растворы на основе железа, латуни и бронзы – твердые растворы на основе меди.

   Твердый раствор это кристаллическое образование, состоящее из атомов разного сорта, которые образовали общую кристаллическую решетку. Важно, что эта решетка того же типа,  что и решетка основного металла (растворителя), хотя имеет искажения, степень которых возрастает с увеличением доли растворенной компоненты. Свойства твердого раствора изменяются по отношению к свойствам основного металла пропорционально доле атомов, вошедших в раствор. В частности,  увеличивается прочность. По этой причине сплавы на основе твердого раствора всегда прочнее “базового” металла.

      По степени концентрации растворенной компоненты твердый раствор может быть ненасы-щенным, насыщенным и пересыщенным.   

     Чаще всего растворимость одного металла в другом не только ограничена, но и зависит от температуры. Например, максимальная растворимость хрома в меди при 1072оС составляет 0.65%, а при 400оС только 0.05%.  Если концентрация хрома в сплаве меньше 0.05%, то всегда образуются кристаллы ненасыщенного твердого раствора.

     При большей концентрации возможны варианты. Медленное охлаждение приведет к тому, что при комнатной температуре будут существовать кристаллы насыщенного твердого раствора с предельной концентрацией хрома 0.05%, а остальная часть хрома выделится в виде избыточных кристаллов хрома. При быстром же охлаждении (закалка) образуются зерна пересыщенного твердого раствора (с концентрацией хрома выше предельной). Кристаллы пересыщенного раствора содержат больше растворенной компоненты, чем кристаллы насыщенного раствора. Поэтому закаленный сплав имеет большую прочность, чем медленно охлажденный, при этом уровень пластичности сохраняется (если же закалка приводит к мартенситному превращению, например в сталях, то упрочнение сопровождается снижением пластичности).

     Ненасыщенный раствор устойчив к изменениям температуры, являясь стабильной фазой. Пересыщенный раствор является метастабильной, т.е. неустойчивой фазой. При определенных условиях он распадается на насыщенный раствор и избыточные кристаллы растворенной компоненты (или химического соединения, образованного компонентами сплава). Этот процесс лежит в основе термоупрочнения сплавов с переменной растворимостью.

      Твердый раствор, образованный основным металлом сплава,  называется ?-твердым раствором (?-фаза).   В многокомпонентных  сплавах в

?-раствор могут входить не одна, а несколько компонент. Обычно введение одной компоненты изменяет растворимость другой.         

     Твердый раствор может образоваться и на основе легирующей компоненты, а также на основе некоторых химических соединений (см. ниже).  

                                                                                                                        2.2. Чистые металлы

 В сплавах могут присутствовать кристаллы чистых металлов (образующих эти сплавы). Они образуются  в тех случаях, когда  компоненты сплавов растворимы в жидком, но нерастворимы в твердом состоянии (например в системах Pb-Sb, Sn-Zn, Bi-Cd).

  2.3. Химические соединения

     Сплавы могут содержать компоненты, которые образуют друг с другом химические соединения. Это могут быть соединения металлов с металлами (например, Mg2Si, Cu2FeAl

7) или с неметаллами. Самым известным является соединение  Fe3C в сталях – цементит.    Большинство химических соединений очень хрупкие и твердые.

         Особое место занимают, так называемые, электронные соединения. Это название связано с тем, что для них имеются определенные соотношения между числом атомов Na и числом валентных электронов Ne. Каждому такому соотношению соответствует определенный тип кристаллической решетки и устоявшееся название:

?фаза (Na : Ne = 3/2) имеет объемно-центрированную кубическую решетку  (например, CuZn, Cu5Sn).

?фаза (Na : Ne = 21/13) имеет  сложную кубическую решетку (например Cu5Zn8, Cu31Sn8).

     Многие химические соединения могут растворять в себе другие металлы. Тогда,  на основе химического соединения образуется твердый раствор. Например

?–фаза в латуни  – это твердый раствор меди в соединении CuZn.

 3. СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ СПЛАВОВ

       Чистые металлы – однофазны, поскольку состоят только из  кристаллов чистого металла. Сплавы могут быть и однофазными и многофазными. Однофазные сплавы всегда состоят из  кристаллов твердого раствора одного вида (состава).

      В многофазных сплавах может одновременно присутствовать несколько  структурных составляющих:  1) кристаллы твердого раствора (одного или нескольких составов), 2) кристаллы химических соединений, 3)  кристаллы компонент сплава, 4) эвтектики и 5) эвтектоиды.

       Первые три структурных составляющих представляют собой кристаллы рассмотренных выше фаз. А эвтектики и эвтектоиды – это однородные

композиции из кристаллов разных фаз. Важно, что кристаллы в них сильно измельчены по сравнению с кристаллами твердого раствора или первичными кристаллами.  При рассмотрении в микроскоп они выглядят одинаковыми участками, имеют особые свойства и поэтому являются самостоятельными структурными составляющими.

       Эвтектика – это композиция из кристаллов, которые образуются при распаде жидкого раствора (при первичной кристаллизации). В зависимости от состава они обозначаются следующим образом:

Эвт (А+В) – первичные кристаллы чистых металлов А и В.

Эвт (?+В) – зерна твердого раствора ? и  кристаллы компоненты В.

Эвт (АmBn+?) – кристаллы химического соединения АmBn и твердого раствора

? и т.д.   

      Эвтектики имеют важную особенность. Они плавятся при температуре, которая меньше  температуры плавления составляющих её фаз.

     Другой тип структурной составляющей, внешне похожий на эвтектику – эвтектоид. Он образуется из твердой фазы (при вторичной кристаллизации), поэтому при нагреве эвтектоид не плавится. Пример обозначения: Эвт-д (? + ?) – эвтектоидная смесь состоит из кристаллов твердых растворов ? и ?.  Самый известный пример эвтектоида – перлит в углеродистых сталях.

      Особой структурной составляющей является мартенсит (чаще всего образуется в сталях).

            Большинство сплавов при изменении температуры  изменяют свой фазовый состав и, следовательно, микроструктуру. Фотографии микроструктур различных сплавов с описанием их структурных составляющих можно посмотреть на сайте

microstructure.ru.    Подробно в учебнике. 

 4. ДИАГРАММЫ  СОСТОЯНИЯ

    Описание любых сплавов всегда начинается с рассмотрения их диаграмм состояний. Поэтому имеет смысл разобраться, что на них изображено и зачем они нужны. Существует с десяток видов диаграмм.

    Одна из  них  показана на рисунке и описывает систему, две компоненты которой (А и В) неограниченно растворимы в жидком состоянии, но ограниченно растворимы в твердом состоянии. По вертикальной оси отложена температура, по горизонтальной – концентрация компоненты В. Такая  диаграмма позволяет рассматривать свойства целого семейства сплавов.

       Линии KCD  и KE показывают как зависят от концентрации В температуры начала (ликвидус TL) и  окончания кристаллизации (солидус TS).  Величина интервала кристаллизации,   (TLTS), в котором растут кристаллы твердого раствора А и В, зависит от состава сплава.

            Линия SE (линия сольвус) характеризует растворимость компоненты В от температуры (в данном случае она уменьшается при охлаждении). Линии солидус и сольвус пересекаются в точке Е. Ей соответствует температура Тэвт, при которой кристаллы твердого раствора, растущие из расплава, становятся насыщенными и поэтому не могут расти дальше. 

      Поскольку  «нормальная» кристаллизация не завершается, отвердение жидкой фазы должно закончиться иначе: при температуре ТЭВТ из оставшейся части жидкого раствора образуется эвтектика. Соответствующая температура называется эвтектической, а линия EF – линией эвтектики.

      Пересечение линии солидус с линией эвтектики определяет точку С (точка эвтектики). Ей соответствует состав сплава, называемый эвтектическим. Видно, что эвтектический состав имеет температуру (а не интервал!) плавления ТЭВТ, которая ниже температуры плавления компонент, составляющих сплав. Этот факт объясняет происхождение термина: на древнегреческом «эвтектика» означает «легкоплавкая».   

          Диаграмма состояния позволяет определить:

1. области существования сплавов с однотипной микроструктурой (на рисунке выделены цветом)   

2. превращения, которые могут происходить при изменении температуры

3. возможные фазы и структурные составляющие, которые и определяют свойства сплавов.

4. интервалы кристаллизации и температуры  проведения различных видов термообработки.

 

5. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ в СПЛАВАХ

        Сразу отметим, что диаграммы состояния отражают изменения, которые происходят только при медленном понижении температуры.  Однако они помогают рассмотривать и быстропротекающие процессоы. Покажем это на примере приведенной диаграммы.

       1. Сплавы типа (1). Концентрация В < Bmin.

      После завершения кристаллизации сплав состоит из одной фазы (твердый раствор В в А) при любых температурах. Фаза А(В) называется ?-фазой или ?-раствором. В таких сплавах фазовый состав не меняется с температурой и не зависит от скорости охлаждения.

       2. Сплавы типа (2). Концентрация  Bmin<В<Bmax.

      Сразу после кристаллизации сплав состоит из зерён  ?-раствора, т.е. является однофазным. Но после охлаждения до Т2, соответствующей пределу растворимости для данной концентрации, кристаллы твердого раствора уже не могут содержать столько компоненты В, сколько её содержится в сплаве. Поэтому после охлаждения твердый раствор будет иметь состав, соответствующий минимальной растворимости компоненты В, а её избыточная часть выделится из ?-раствора в виде вторичных кристаллов В2 (или кристаллов химического соединения). Такой процесс называется распадом твердого раствора (вторичная кристаллизация). Насыщенный раствор обозначим ?s.

      Следовательно, ниже температуры Т2 сплав становится двухфазным: ?s+B2. Количество вторичных кристаллов в сплавах тем больше, чем ближе  концентрация к BmaхОписанный процесс происходит только при медленном охлаждении.

      При быстром охлаждении (закалка) получается однофазный сплав: вторичные кристаллы не успевают выделиться, и получается пересыщенный твердый раствор. Это второй вариант существования сплава с такой концентрацией.

      Если сплав с фазой пересыщенного твердого раствора нагреть выше Т2, выдержать при этой температуре (старение), а затем медленно охладить, то получится сплав с мелкодисперсными выделениями вторичных кристаллов. Это приводит к увеличению пределов текучести и прочности. Это третий вариант существования сплава той же концентрации.

       3. Сплавы типа (3). Концентрация  Bmax<В<BЭВТ – «доэвтектические» сплавы.

       После полного охлаждения сплав состоит в основном из ?s и Эвт. Кристаллы твердого раствора ?s успели сформироваться в ходе «обычной» кристаллизации, а эвтектика образовалась из «недокристаллизовавшейся» части жидкого раствора.

     4. Сплавы типа (4). Концентрация  В>BЭВТ– «заэвтектические» сплавы.

     «Обычная» кристаллизация прерывается при ТЭВТ и жидкая часть кристаллизуется в виде эвтектики.  После полного охлаждения  сплав состоит из двух структурных составляющих: В и Эвт.

     5. Сплав (5). Концентрация  В=BС – эвтектический сплав.

    Для сплава с таким составом кристаллизация происходит не в интервале температур, а при эвтектической температуре с  образованием  одной лишь эвтектики, состоящей из  мелких кристаллов обеих компонент: Эвт(А+В).  При больших скоростях кристаллизации чисто эвтектическую структуру будут иметь  сплавы, отличающиеся по составу от эвтектического.    

         Даже из рассмотренного частного случая можно сделать важные выводы:    

     1) небольшие количественные изменения химического состава могут качественно изменить фазовый состав и микроструктуру сплава.

     2) для многих сплавов фазовый состав и микроструктура зависят от скорости охлаждения после кристаллизации или последующей термообработки.

6. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ и СВОЙСТВА СПЛАВОВ

     Механические, технологические и другие свойства, в конечном счете, определяются фазовым составом и структурными составляющими. Этим объясняется целесообразность существования большого количества сплавов, часто «незначительно» отличающихся по своему химическому составу.  Существует определенная связь между фазовым составом и свойствами сплавов.

      1. Однофазные сплавы на основе ненасыщенного ?-раствора имеют высокую пластичность при низких и высоких температурах, поэтому хорошо поддаются и холодной и горячей деформации. Отсутствие фазовых превращений при изменении температуры исключает возможность их термоупрочнения, поэтому они упрочняются только холодной деформацией.

     2. Многофазные сплавы с малопластичными или хрупкими фазами имеют пониженную пластичность. Обычно они ограниченно поддаются обработке давлением (например, только в «горячем» или «холодном» состоянии) или вообще не деформируются.

     3. Сплавы, имеющие в своем составе компоненты с переменной растворимостью, допускают термоупрочнение (путем закалки и последующего старения).

       4. Сплавы с составом, близким к эвтектическому, имеют повышенные литейные свойства (из-за отсутствия крупных первичных кристаллов применяются доэвтектические сплавы).

      Сплавы, допускающие горячую и (или) холодную обработку давлением (прессование, волочение, прокатка, ковка) относятся к деформируемым сплавам. Сплавы с хорошими литейными свойствами называются литейными. Такое деление часто условное, т.к. многие сплавы используются и как деформируемые и как литейные.

     По способу упрочнения сплавы делят на термоупрочняемые и упрочняемые давлением. Многие сплавы допускают упрочнение и термообработкой и давлением.

 7. ПРИМЕСИ в МЕТАЛЛАХ и СПЛАВАХ

      В заключение вкратце рассмотрим влияние примесей. Они неизбежно присутствуют в металлах и сплавах, в той или иной степени ухудшая их свойства. Сначала рассмотрим влияние примесей на «чистые» металлы.

       1. Примесь растворима в металле.

      В этом случае она  образует с металлом твердый раствор  малой концентрации. При этом самостоятельная структурная составляющая не образуется. Такие примеси слабо влияют на механические свойства металлов, но сильно изменяют их физико-химические свойства – ухудшают коррозионную стойкость, тепло- и электропроводность.

       2. Примесь нерастворима в металле.

      В этом случае примесь входит в металл в составе  эвтектики, которая выпадает по границам зерен основного металла. Нерастворимые примеси могут влиять на механические и технологические свойства металлов даже в малых концентрациях.

    В частности, нерастворимые легкоплавкие примеси приводят к красноломкости.  Это относится, например, к примесям Pb, Bi и Sb  в меди. Висмут, не растворяясь в меди, присутствует в ней в составе эвтектики. Она состоит практически из чистого висмута (0.2%Cu+99.8%Bi) и плавится при 270оС. При нагреве эвтектика плавится, образуя межкристаллитные прослойки жидкой фазы, что ведет к снижению пластичности при температурах 300-400оС (красноломкость). Тугоплавкие примеси образуют тугоплавкие эвтектики и к красноломкости не приводят.

        3. Примесь образует с основным металлом химическое соединение.

     Например, кислород образует с медью закись меди Cu2O. Её кристаллы входят в эвтектику Эвт(Cu – Cu2O), располагающуюся по границам кристаллов меди.     Т.е. кислород присутствует в меди в составе эвтектики. Примеси серы и фосфора образуют с медью сульфиды и фосфиды, которые образуют самостоятельные структурные составляющие. Такие примеси обычно ухудшают механические и технологические свойства. Например, кислородсодержащая медь менее технологична при производстве тонкой проволоки, (электропроводность при этом уменьшается незначительно).

 4.  Различные примеси взаимодействуют между собой, образуя самостоятельное соединение.

     Обычно это проявляется в уменьшении пластичности. Но в некоторых случаях происходит нейтрализация вредного воздействия  одних примесей другими. Например, примесь висмута в меди,  взаимодействуя с кислородом, образует окись висмута, которая оказывает менее вредное действие, чем кислород и висмут по отдельности.

      Общий вывод состоит в следующем. Растворимые примеси изменяют физико-химические свойства металла.  Примеси, образующие структурные составляющие, влияют на механические и технологические свойства и часто ухудшают коррозионные свойства. Увеличение содержания примесей часто ведет к увеличению температуры начала рекристаллизации, т.е. улучшает жаропрочность.

         Из сказанного следует, что свойства чистых металлов характеризует не содержание основного металла, а количество конкретных примесей. Разные примеси присутствуют в разной форме и по-разному влияют на свойства основного металла. Поэтому для конкретных целей металл с чистотой 99.6% может оказаться хуже  металла 99.5%, если у них разное содержание критической примеси.

      Сказанное в отношении чистых металлов, в целом справедливо и для сплавов.

     Например, нерастворимые в меди примеси Pb, Bi и Sb, образуя легкоплавкие эвтектики,  являются такими же вредными примесями в простых латунях, как и в меди. В  многокомпонентных сплавах количество примесей всегда больше, чем в чистых металлах (они попадают в сплав с каждой компонентой), кроме того, они могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с легирующими компонентами. Структурные составляющие, образованные примесями, как правило, ухудшают коррозионные свойства, конструкционную прочность и технологичность сплавов. Поэтому сплавы, предназначенные для ответственного применения, производят из металлов повышенной чистоты. 

подробнее  в  пособии

 8. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ  (и структура) МЕДНЫХ СПЛАВОВ 

     В качестве иллюстрации материала рассмотрим фазовый состав латуней и бронз.

                                                                   8.1. СТРУКТУРА ЛАТУНЕЙ

           Простые латуни Л90, Л85, Л80, Л75, Л70, Л68 – это однофазные сплавы, состоящие из кристаллов ?-твердого раствора цинка в меди (их называют ?-латуни). Чем больше цинка вошло в ?-раствор, тем латунь прочнее. Все ?-латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

    Предельная растворимость цинка в меди примерно 35% – это граница существования ?-фазы. В сплавах с большим содержанием цинка его избыточная часть образует с медью электронное соединение  CuZn. Часть меди растворяется в CuZn, образуя кристаллы ?-твердого раствора. Т.е. присутствуют кристаллы двух видов твердого раствора. Так образуются двухфазные (?+?) латуни Л60 и Л59.

     Выше 460оС ?-фаза является неупорядоченным раствором с хорошей пластичностью. Ниже 460оС ?-твердый раствор упорядочивается и становится хрупким. Поэтому двухфазные (?+?) латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии (когда пластичны обе фазы) и хуже при обычных температурах (когда пластична только ?-фаза).

      Латунь Л63 имеет небольшое количество ?–фазы и формально должна считаться двойной (?+?) латунью. Но малое количество ?-фазы практически не проявляется на большинстве свойств, поэтому её чаще рассматривают как однофазный сплав. Тем не менее, при быстром охлаждении после отжига содержание  ? – фазы может оказаться значительным и пластичность снизится. 

      Специальные латуни кроме цинка содержат и другие легирующие элементы. Они могут входить (в определенных пределах) в ?-твердый раствор наряду с цинком. Al, Si, Sn, Fe уменьшают растворимость цинка в меди, т.е. граница существования  ?-фазы сдвигается в сторону меньших концентраций цинка. Легирование никелем, наоборот, смещает границу ?-фазы в область больших концентраций.

     Однофазными  ?-латунями  являются: ЛО90-1, ЛО70-1, ЛК80-3, ЛН65-5, ЛА85-0.5 Они имеют высокую пластичность и хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

      Двухфазными (?+?) латунями являются: ЛО62-1, ЛО60-1, ЛМц58-2, ЛАН59-3-2.   

     Легирование железом приводит к образованию ?Fe -фазы, представляющей раствор на основе железа. К многофазным латуням (?+?+?Fe) относятся ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1.

        В твердом состоянии свинец практически нерастворим в меди, ?- и ?- растворах. Это означает, что свинец  присутствует в виде самостоятельных включений и не сдвигает границу существо-вания ?-раствора . Свинцовые латуни ЛС74-3 и ЛС63-3 имеют структуру (?+Pb). Латуни ЛС59-1 и ЛС58-3 имеют три структурных составляющих (?+?+Pb). Во всех случаях фаза свинца обеспечивает отличную обрабатываемость резанием.

     Двух- и многофазные латуни ограниченно обрабатываются давлением.

      Большая область существования ?-раствора в латунях допускает высокие уровни легирования (до 40-45%), а количество  возможных фаз  и структурных составляющих невелико. Легирующие элементы имеют постоянную растворимость, поэтому латуни не  упрочняются термообработкой.  

 8.2. СТРУКТУРА БРОНЗОВЫХ СПЛАВОВ

      В бронзовых сплавах используется большое количество легирующих элементов в самых разных сочетаниях. Они характеризуются многообразием структурных составляющих и сильной зависимостью фазового состава от способа получения полуфабриката. Некоторые компоненты имеют переменную растворимость, что допускает термоупрочнение некоторых бронз.  

        Оловянные бронзы.

     Основные легирующие элементы кроме олова – свинец, цинк, фосфор.

     Твердый ?-раствор на основе меди может содержать лишь несколько процентов олова и цинка и доли процента фосфора.     При увеличении содержания олова образуется ? фаза. Это электронное соединение Cu31Sn8. Избыточная часть фосфора образует химическое соединение Cu3P.      Свинец не растворяется в твердом растворе и располагается в виде самостоятельных включений между ветвями дендритов и заполняет поры усадочных раковин. Свинец не влияет на растворимость других компонент.

Приведем примеры структур (при комнатных температурах) для трех групп сплавов – Cu-Sn-Zn (БрОЦ), Cu-Sn-Zn-Pb (БрОЦС), Cu-Sn-P (БрОФ): 

БрОЦ4-3 (однофазная). Структура: кристаллы ?-раствора. Деформируемая (Обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии).

БрОЦ10-2 (двухфазная). Структура: кристаллы ?–раствора и эвтектоид (?+?). Давлением не обрабатывается (литейная).

БрОЦС4-4-2.5 и БрОЦС4-4-4 (двухфазные). Структура: кристаллы ?–раствора и  включения Pb. Деформируемые. Обрабатываются давлением в холодном состоянии. В горячем – не деформируются из-за  влияния свинцовых включений.

БрОЦС 5-5-5, БрОЦС6-6-3 и другие с большим уровнем легирования. Структура:  кристаллы ?–раствора, включения Pb, эвтектоид (?+?). Количество эвтектоида растет с увеличением содержания олова и зависит от скорости охлаждения. Давлением не обрабатываются (литейные).

БрОФ4-0.2 (однофазная). Структура: кристаллы  ?–раствора. Деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрОФ6.5-0.15. Состоит из кристаллов ?–раствора но после неравновесной кристаллизации может содержать эвтектику (?+Cu3P) и Эвтектоид (?+?). Деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрОФ10-1. Структура: кристаллы ?-раствора, эвтектика (?+Cu3P), эвтектоид (?+?). Давлением не обрабатывается (литейная).

     Приведенные примеры показывают, как с увеличением легирования растет количество структурных составляющих. При этом ухудшается технологическая пластичность и бронзы из класса деформируемых переходят в категорию литейных.

     Алюминиевые бронзы.

Твердый ?раствор на основе меди может содержать до 8% Al.

При его большем количестве  при кристаллизации образуется ?фаза (раствор на основе Сu3Al), которая при 565оС распадается на эвтектоид (?+?2). Фаза ?2– это раствор на основе Cu9Al4. Высоко-температурная ?-фаза пластичная, фаза ?2 – твердая и хрупкая.

 Алюминиевые бронзы дополнительно легируются Fe, Mn, Ni. Марганец входит в ?– и ?– растворы. Железо частично входит в ?–раствор, кроме этого на его основе образуется твердый раствор?Fe . Приведем структуру этих бронз при комнатной температуре:

БрА5 и БрА7: однофазные со структурой ?–раствора. Деформируемые (в холодном и горячем состоянии).
БрАМц9-2: кристаллы ?–раствора и эвт-ид (?+?2). Бронза деформируемая (в горячем и холодном состоянии).
БрАЖ9-4: кристаллы ?–раствора, кристаллы ?Fe  и эвт-ид (?+?2). Бронза деформируемая (в горячем состоянии).
 
Текст не закончен

 

Сплавы металлов, твёрдые растворы

Сплавы металлов

Сплавы металлов. Сплавы золота, серебра и меди

При сплавлении чистых металлов изменяется их строение: узлы кристаллической решётки либо сближаются, либо раздвигаются. При этом появляются дополнительные напряжения, которые создают дополнительные силы между атомами в металле. Именно поэтому сплавы металлов значительно прочнее и твёрже чистых металлов. У сплавов бывают такие магнитные и механические свойства, каких не было у чистых металлов. Например, самые лучшие постоянные магниты делают из сплавов магния, никеля и кобальта, из алюминия, никеля и кобальта или сплава кобальта с редкоземельным металлом самарием (Sm).

Чугун – это сплав чистого железа с углеродом, в котором углерода от 2,14% до 4 %. Чугун твёрже железа, но более хрупкий, имеет отличные литейные свойства (намного лучше, чем чистое железо).

Сталь – это тоже сплав железа с углеродом, но углерода здесь до 2,14%. Из стали (считается чистое железо) изготавливают трубы, боты, гвозди, скрепки, инструмент. Имеется большое количество разновидностей сталей, у которых в состав кроме углерода входят другие чистые металлы (легирующие элементы), придающие им различные прочностные свойства.

К самым распространённым цветным сплавам относятся:

бронза – сплав на основе меди с добавкой до 20% олова;

латунь – медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка;

мельхиор – сплав 80% меди и 20% никеля;

дюралюминий – сплав на основе алюминия с добавкой 2% магния, 2-5 % меди, 1% марганца и никеля.

Твёрдые растворы

При охлаждении жидких растворов из них могут кристаллизоваться твёрдые растворы. Их природа различна и зависит от компонентов, составляющих твёрдый раствор. Образующиеся твёрдые растворы состоят из кристаллов, в узлах кристаллических решёток которых расположены ионы, атомы, молекулы веществ, из которых состоит твёрдый раствор.

Если размеры и форма кристаллических решёток составляющих компонентов близки, то эти такие компоненты могут растворяться друг в друге в неограниченных количествах и образовывать твёрдые растворы.

Виды твёрдых растворов

С помощью Рентгенографического исследования обнаружили, что твёрдые растворы делятся на 2 вида:

Твёрдый раствор внедренияТвёрдый раствор замещения

твёрдые растворы замещения

твёрдые растворы внедрения

В твёрдых растворах замещения ионы или атомы одного вещества замещают ионы или атомы в кристаллической решётке другого вещества без существенного изменения формы кристалла. существуют так называемые изоморфные твёрдые растворы замещения, то есть состоящие из простых веществ, сходных по параметрам кристаллической решётки и имеющую неограниченную растворимость друг в друге.

Твёрдые растворы внедрения – образуются, когда атомы или ионы одного вещества внедряются (или располагаются между) атомами или ионами другого вещества.

Свойства твёрдых растворов

Свойства твёрдых растворов существенно отличаются от свойств составляющих компонентов. Твёрдые растворы являются технически более ценными, чем чистые компоненты. Они обладают большей твёрдостью, меньшей электрической проводимостью, чем сами металлы – компоненты их составляющие.

В твёрдых растворах различают растворитель и растворённое вещество: растворителем считается вещество, которое сохраняет свою кристаллическую решётку, причём этого вещества (растворителя) должно быть не менее определённого значения.

состав, структура, свойства, сферы применения, производство

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

Сплав железа

Состав и свойства

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

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

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

История открытия

Из школьного курса все помнят «железный век». Это период истории, когда человек впервые научился получать этот металл из руды. Железный век приходится на период с 9 по 7 век до нашей эры. Этот металл оказал огромное влияние на развитие людей того времени. По своим характеристикам он вытеснил смеси цветных металлов. Из него изготавливали орудия труда, оружие, доспехи, материалы для строительства и многое другое. Постепенно кузнецы начали смешивать его с другими металлами, чтобы получить новые материалы. Так появлялись новые сплавы.

Сферы применения

Этот материл применяется в разных отраслях промышленности:

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

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

Разновидности сплавов на основе железа

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

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

Состав и структура сплавов

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

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

Свойства и маркировка сплавов

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

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

Производство и обработка сплавов на основе железа

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

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

Производство чугуна:

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

Для изготовления чугуна используются доменные печи.

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

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

Сплавы твердые растворы – Справочник химика 21

    При затвердевании жидкого сплава растворимость металлов друг в друге может сохраняться. В этом случае образуется однородный твердый сплав (твердый раствор). Если в твердом состоянии металлы друг в друге не растворяются, то при затвердевании сплава образуется смесь мельчайших кристалликов металлов. Сплавляемые металлы могут также взаимодействовать друг с другом, образуя химические соединения, которые входят в состав твердого сплава, В состав сплавов, кроме металлов, часто входят и неметаллы. Например, чугун — это сплав железа с углеродом. [c.259]
    Тип III. Сплавы—твердые растворы. Сюда относятся сплавы, компоненты которых смешиваются между собой в любых пропорциях как в жидком, так и твердом состояниях. Так, из металлов А к Б (например, из меди и никеля) можно приготовить ряд расплавов с самым разнообразным содержанием компонентов. При их охлаждении получается серия изоморфных кристаллов с постепенным изменением количественного состава их. Исследование этих кристаллов обнаруживает, что они совершенно однородны, т. е. не содержат отдельных кристаллов ни чистого металла А, ни металла Б. Даже при самом сильном увеличении можно наблюдать только один тип кристаллов. Следовательно, твердые растворы — системы [c.313]

    Известно большое количество сплавов с неограниченной взаимной растворимостью, например Со — Ре, Мп — Си, Ре — Сг, Т — XV, Сг — Т1, Си — N1 н др. Следует отметить, что до настоящего времени не удалось установить совокупность условий, которые были бы не только необходимы, но и достаточны для образования сплава твердого раствора типа замещения с полной взаимной растворимостью двух металлов. Необходимыми (иногда далеко не достаточными) являются следующие три условия  [c.122]

    Аналогичные диаграммы плавкости имеют сплавы — твердые растворы и ряда других металлов, в частности Ag — Аи, Аи — Pt, Мп — Fe и др. [c.314]

    Пространственные решетки сплавов твердых растворов такие же, как у чистых металлов. Но наличие чужого атома несколько изменяет кристаллическую решетку, и это в свою очередь ведет к изменению свойств сплава. Физические свойства твердых растворов изменяются параллельно содержанию компонентов — металлов. Так, твердость чистого металла увеличивается по мере увеличения содержания в нем второго металла до максимума, [c.227]

    АНОДНОЕ РАСТВОРЕНИЕ СПЛАВОВ (ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ И ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ) [c.206]

    Многие элементы образуют с никелем сплавы — твердые растворы, характеризующиеся хорошим комплексом механических и физических свойств. [c.158]

    Наличие аномалий изменения свойств при повыш[енных температурах не только у технических, но и у чистых сплавов — твердых растворов Си — А1 — свидетельствует о том, что эти аномалии присущи самим твердым растворам, а не обусловлены посторонними примесями. [c.36]

    Атомарный водород легко растворяется во многих металлах, образуя с ними сплавы — твердые растворы или вступая в химические соединения с ними. Металлы, содержащие растворенный водород, обычно очень хрупки ( водородная хрупкость ). Некоторые металлы способны (особенно металлы УП1 группы) растворять очень большие количества водорода, во много раз превышающие их собственный объем (напр. Pd). Повьппение давления и температуры (в известных пределах) увеличивает растворимость. Растворенный в металлическом изделии водород может передвигаться, диффундировать в нем. Из-за этого многие металлы являются проницаемыми для водорода. Кроме металлов, водород растворим в резине, полиэтилене и других органических полимерах, а при очень высокой температуре проникает через стекло, фарфор и другие материалы, в том числе через огнеупорные. [c.210]


    Это предположение частично проверялось на системах РЬ—В1 и Си — 2п [4, 5]. Как оказалось, скоростная зависимость механических свойств сплава РЬ—В1 с 29% В1, который находится в области существования интерметаллической р-фазы, выражена в меньшей степени, чем у сплава твердого раствора РЬ с 15% В1, хотя последний и имеет более высокую температуру плавления. Аналогичное соотношение наблюдается и для р- и а-фаз латуней [6]. Между тем, как известно [7], скоростная зависимость механических свойств с повышением температуры плавления чистых металлов не возрастает, а падает. [c.49]

    В ряде сплавов твердый раствор ниже критической температуры распадается на два изоморфных раствора с различной концентрацией компонентов. Начальная стадия распада при большом пересыщении представляет переход неравновесного однородного твердого раствора в метастабильный неоднородный, в котором устанавливается определенное распределение флуктуаций концентрации как по амплитуде, так и по размерам, их взаимному расположению. [c.412]

    Формирование структуры поверхности при пассивации сплавов твердого раствора железо-хром [c.30]

    В последние десятилетия достигнуты большие успехи в проблеме целенаправленного получения сплавов с заданными свойствами. Руководящим принципом металло-химикоБ также является периодическая система. Основные выводы, относящиеся к условиям образования сплавов (твердых растворов) того или иного типа следующие  [c.83]

    Тип III. Сплавы — твердые растворы. Сюда относятся сплавы, компоненты которых смешиваются между собой в любых пропорциях как в жидком, так и твердом состоянии. Так, из металлов А и Б (например, из меди и никеля) можно приготовить ряд расплавов с самым [c.339]

    При электрографическом анализе металлов следует различать два случая а) металл образует механическую смесь б) металл является сплавом (твердый раствор). [c.118]

    Фнг. 1. Диаграммы состояния состав — свойство бинарных сплавов а — сплав-смесь б — сплав-твердый раствор в — сплав с химическим [c.7]

    Медь и серебро имеют ограниченные области твердых растворов с содержанием О—3 и 92—100 ат.% Ag. На диаграмме состав—потенциал (фиг. 16) два резко возрастающих участка кривой соответствуют сплаву медь—твердый раствор (богатый медью) и сплаву твердый раствор (богатый серебром) — серебро. Средний медленно возрастающий участок кривой относится к двухфазному сплаву, богатому твердым раствором с содержанием до 97 ат. о Си (на диаграмме слева), и сплаву, богатому твердым раствором с содержанием до 92 ат.% Ag (на диаграмме справа). [c.30]

    Из сказанного о стекле понятно, что для него нельзя дать какой-либо определенной формулы, потому что оно есть некристаллизующийся или аморфный сплав (твердый раствор) кремнеземистых соединений но подобный сплав может образоваться только при известных предельных отношениях между входящими окислами. При большом содержании кремнезема стекло весьма легко мутится при нагревании при значительном содержании щелочей оно легко подвергается действию влажности и мутится со временем, оставаясь на воздухе при большом содержании извести оно становится [c.464]

    Для химических соединений переменного состава (сплавы, твердые растворы и др.) изменение состава происходит непрерывно с разрывом постепенности не в определенной точке, а в какой-то протяженной области состава, т. е. имеет место единство прерывности и непрерывности химических изменений. [c.66]

    Наиболее распространенными физико-химическими системами, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, являются растворы. Самая характерная особенность раствора, называемого истинным, состоит в том, что растворенное вещество находится в виде атомов, ионов или молекул, равномерно окруженных атомами, ионами или молекулами растворителя. Иначе говоря, истинные растворы однофазны, т. е. в них отсутствует граница раздела между растворителем и растворенным веществом. Растворы могут существовать в любом из агрегатных состояний газообразном, жидком или твердом. Например, воздух можно рассматривать как раствор кислорюда и других газов (углекислый газ, благородные газы) в азоте. Морская вода — это водный раствор различных солей в воде. Металлические сплавы — твердые растворы одних металлов в других. [c.63]

    Отдельные атомы углерода могут находиться в кристаллической решетке, образуя стурктуру аустенита (сфуктурная составляющая железоуглеродистых сплавов – твердый раствор углерода до 2%, а также легирующих элементов в /-железе). В процессе охлаждения при перлитном превращении (перлит -структурная составляющая железоуглеродистых сплавов – эвтектоидная смесь феррита и цементита, в легированных сталях – карбидов) происходит изменение растворимости углерода в кристаллических решетках г- и а – железе с образованием новых фуллеренов. А не цементита вторичного и третичного (цементит – карбид железа, фазовая и структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, составная часть перлита и др.), как это предлагается в существующей теории. [c.165]

    Сплавы — химические соединения — не применяются в качестве конструкционных материалов вследствие значительной хрупкости, твердости и плохих технологических свойств. Наоборот, сплавы — твердые растворы — широко используются в качестве конструкционных материалов, устойчивых против ксфрозии. [c.45]

    В свою очередь причина этого, вероятно, заключается в наличии в спрессованном электроде тонкораспределенного алюминия из сплава Ренея (см. табл. 4.3) и также тонкораспределенного порошка карбонильного никеля. Перед достижением установленной для электродов всех трех групп температуры спекания (700° С), согласно диаграмме состояния, появляется жидкая фаза алюминия. Хорошо подвижный жидкий алюминий диффундирует в окружающий порошок карбонильного никеля, причем благодаря его большой реакционной активности при взаимодействии с никелем имеет место значительный тепловой эффект [32]. Выделение тепла ввиду его медленного отвода приводит к повышению температуры и увеличению вследствие этого скорости реакции. В течение нескольких секунд электрод может нагреться более чем до 1000 ” С, благодаря чему имеющиеся в сплаве твердые растворы частично переходят в интерметаллическое соединение Ы1А1. Относительно этого соединения известно, что из него нельзя растворить алюминий. [c.176]


    Форму.гы сплавов. Твердые растворы замещения могут иметь любой состав в пределах области смешиваемости взятых металлов, причем в них осун1ествляется статистическое распре-де.тение атомов по позициям в структуре металла-растворителя. При определенных отношениях количеств атомов могут возникать сверхструктуры. Два силава одного и того же состава, по с различной структурой — упорядоченной и неупорядоченной—могут заметно отличаться друг от друга по физическим свойствам. Таким образом, состав пе может служить исчерпывающей характеристикой силава. Состав твердых растворов внедрения также изменяется в определенных пределах. Верхний предел количества внедренных атомов определяется числом пустот подходящего размера, но, как мы увидим ниже, этот предел достигается не всегда. Когда это позволяет отношение числа внедренных к числу основных атомов структуры, в ней осуществляется симметричное расположение двух типов атомов. В промежуточных случаях расположение внедренных атомов является статистическим. [c.493]

    Бинарные системы, состоящие из жидких и твердных фаз, гораздо более разнообразны, чем бинарные же системы с паровой и жидкими фазами. Причина этого та, что паровая фаза одна, а твердых фаз может быть несколько. Аналогично неограниченно смешивающимся, абсолютно несмешивающимся и ограниченно смешивающимся жидкостям два твердых тела или дают сплавы (твердые растворы) любого состава, или вовсе не дают сплава (не образуют твердого раствора), т. е. оказываются абсолютно несмешивающимися, или образуют сплавы, составы которых изменяются только в некоторых пределах. Кроме того, иногда значительный интерес представляют случаи, когда твердые тела образуют химические соединения. [c.432]

    Ситуация коренным образом изменяется, когда гомогенная металлическая система содержит два или более компонентов, которые, как правило, значительно различаются по своей электроотрицательности, т. е. по величине стандартных окислительно-восстановительных потенциалов. Анализ экспериментальных данных (см. разд. 1.3) показывает, что в электрохимических и коррозионных процессах гомогенные сплавы (твердые растворы и интерметаллические соединения) могут выступать не как. индивидуальные фазы, подобно однокомпонентной системе, а скорее как совокупность атомов различной природы. Таким образом, структурная однородность сплава еще не означает энергетическую равноценность его компонентов, т. е. их термодинамическую возможность вступать в реакции окисления. В определенных условиях окисление одного или неско льких компонентов фазы оказывается термодинамически более выгодным, чем одновременное окисление всех ее составляющих. Этим, в частности, обусловлена большая сложность коррозионных процессов на сплавах и значительно большее разнообразие возможных. превращений сплавов по сравнению с превращениями чистых металлов [8, 11]. [c.6]

    Таким образом, как уже указывалось [11], экспериментально установленные Курнаковым зависимости механических свойств сплавов твердых растворов от их состава оказываются в основном справедливыми для случаев деформации в условиях относительно малой роли процессов разупрочнения (тугоплавкие металлы, невысокие температуры деформации, большие скорости и малые степени деформации). К подобным выводам приходит также В. П. Шишокин со своими сотрудниками П6, 17]. [c.52]

    Научные работы посвящены разработке теории смачивания расплавленными металлами поверхности твердых тел (металлов, сплавов, оксидов, карбидов, боридов). Изучал поверхностные свойства чистых металлов и бинарных металлических систем в широких температурных пределах. Исследовал термодинамические свойства литых жидких сплавов, твердых растворов металлов, кнтерметал-лических соединений. Построил диаграммы состояния многих двойных и тройных металлических систем, изучил кинетику смачивания н растекания металлических расплавов по поверхности твердых тел, кинетику и механизм контактного взаимодействия твердых металлов с металлическими расплавами, кинетику роста промежуточных фаз на контактной границе, кинетику и механизм спекания в присутствии жидкой фазы. [82] [c.185]

    Из теоретических предпосылок Пиккеринг и Вагнер [50] считают также, что следует допускать преимущественное растворение менее электроположительного компонента сплава твердого раствора, если различие в потенциалах компонентов превышает в несколько раз значение КТ Р (равное, как известно, 59 мв) и если устанавливающийся коррозионный потенциал сплава находится между электродными потенциалами чистых компонентов. [c.28]

    Изложенные положения о возможных путях влияния фазовой структурной составляющей на коррозионную стойкость сталей и сплавов показывают насущную необходимость обстоятельного изучения коррозионно-электрохимических свойств таких составляющих. При этом очевидно, что наиболее полную информацию о свойствах фаз можно получить, исследуя их поведение в индивидуальном состоянии, когда исключено мешающее влияние доминирующей фазы сплава — твердого раствора. Однако эти исследования должны сочетаться с изучением поведения сплава в состоянии, содержащем и не содержащем интересующую фазу. Такое изучение в большом числе случаев может дать информацию о влиянии фазы на коррозионную стойкость сплава. Так, было установлено, что наличие на анодной потенциодинамиче-ской кривой сплава активационного участка часто может служить указанием на избирательное растворение структурной составляющей [5, 8]. [c.7]

    А. И. Голубева, Босхардта и Брауна [1, 22], электродные потенциалы алюминиевых сплавов, твердых растворов на основе алюминия и ин- [c.259]

    Как указывает Рауб [12 ], гальванические сплавы золота и серебра, как и литые сплавы, представляют в отличие от золотомедных сплавов твердые растворы. Покрытия, содержащие более 65% Аи, имеют такую же коррозионную стойкость, как чистое золото. [c.297]

    Образование сплава твердого раствора или химического соединения на катоде обусловливает деполяризацию электродных процессов. Во многих случаях деполяризация силавообразования достигает значительных размеров и делает возможным восстановление одновременно двух ионов, равновесные потенциалы которых различаются иногда более, чем на вольт (щелочные металлы и ртуть). [c.7]

    Ценными электротехническими свойствами обладают металлические сплавы, компоненты которых образуют твердый раствор. Наличие в сплаве твердых растворов сказывается и на ряде других свойств, например твердости и др. Твердость металла возрастает по мере увеличения количества примесей, что затрудняет изготовление проволоки, и часто приходится отказываться от использования очень ценных сплавов потому, что пз них невозможно изготовить проволоку. Химическая стойкость твердых растворов тоже больше, чем чистых металлов, вследствие чего сплавы лучше сопротивляются окислению при нагревании на воздухе. В этом случае главную роль играет прочность слоя окислов, покрываюш,их металл и температура их плавления. [c.123]


Слоны материаловедения: сплавы, которые никогда не забывают свою форму

Сплавы с памятью формы — это сплавы, у которых есть «память»: После деформации они могут восстанавливать исходную форму при изменении давления или температуры. Сплавы с памятью формы используются в самых разных областях, в том числе в металлургии, промышленном производстве, биомедицине и даже в детских развивающих игрушках — и это далеко не предел.

Что такое сплав с памятью формы?

Сплав с памятью формы — это материал, претерпевающий фазовое превращение при механическом воздействии или при изменении температуры. Когда условия снова становятся нормальными, сплав «вспоминает» свою исходную форму и возвращается к ней.

Просмотрите этот видеоролик, чтобы узнать подробнее о том, как работает память формы.

Сплавы с памятью формы имеют две кристаллические модификации: аустенит и мартенсит. При высоких температурах сплав имеет кристаллическую структуру аустенита, а при низких — мартенсита. Переход от аустенита к мартенситу и обратно является причиной явления «памяти».


Базовый процесс превращения в сплаве с памятью формы.

Сплавы с памятью формы чаще всего содержат сплавы меди, алюминия и никеля, а также никеля и титана. Последние также известны как нитинол — это название состоит из первых букв соответствующих элементов (ни — никель, ти — титан) в составе сплава и места его открытия (нол — NOL, Naval Ordnance Laboratory [Лаборатория вооружения ВМС США]). Сам процесс открытия мы обсудим ниже в этой статье.


Катушка из сплава никеля и титана — сплава с памятью формы.
Введя ключевое слово «нитинол» в поисковую строку в различных интернет-магазинах, можно увидеть, насколько просто сейчас найти и купить проволоку из сплавов с памятью формы и другие подобные материалы.

Случайное открытие сплавов с памятью формы

История открытия необычного свойства запоминания формы в сплавах весьма длинна. Ранние исследования сплавов с памятью формы проводились в 1930-х годах, когда ученые изучали необычные свойства различных металлов. Шведский химик Арне Оландер (Arne Ölander) заметил и описал псевдоупругое поведение при наблюдении за сплавом золота и кадмия. Однако термин «сплав с памятью формы» был введен только после одного случая в лаборатории, имевшего место примерно 30 лет спустя.

В конце 50-х — начале 60-х годов Лаборатория вооружения ВМС США проводила исследование в области металлургии, описанное в [1]. Ученый по имени Уильям Дж. Бюлер (William J. Buehler) выплавлял и отливал стержни из никель-титанового сплава. Ожидая, пока остывают стержни, он уронил один из холодных стержней на бетонный пол и услышал глухой стук. Он нашел это странным и бросил на пол другой, еще горячий стержень, который издал более высокий звук, похожий на звон. Забеспокоившись о том, что что-то, возможно, пошло не так во время литья, Бюлер бросился к питьевой колонке и охладил никель-титановый стержень в воде. Бросив остывший стержень на пол, он снова услышал глухой стук.


Счастливый случай: Падение стержня из нитинола привело к открытию уникального свойства памяти.

Это явление было затем продемонстрировано на собрании Лаборатории вооружения. Помощник Бюлера передал по кругу тонкую полоску из никель-титанового сплава. Ее растягивали, изгибали и складывали в гармошку. Когда предмет достиг доктора Дэвида С. Маззи (David S. Muzzey), он достал свою зажигалку и нагрел его. Сплав быстро развернулся и принял первоначальную форму полоски. После того как были выявлены уникальные свойства и поведение никель-титановых сплавов при разных температурных условиях, материал стал известен как нитинол — сплав с памятью формы.

В последнее время развитие материалов с памятью формы вышло за рамки одних только сплавов, и в будущем эта тенденция только усилится. Полимеры с памятью формы и другие подобные материалы разрабатываются и даже производятся для различных коммерческих целей.

Производство сплавов с памятью формы для различных областей применения

Благодаря уникальному поведению сплавов с памятью формы в производстве продукции и компонентов в самых разных отраслях промышленности часто делается выбор именно в их пользу ([2]).

Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической промышленности сплавы с памятью формы используются для разработки легких, тихих и эффективных конструкций, а это три важнейших фактора в проектировании летательных аппаратов. Из материалов с памятью формы создаются такие компоненты, как вентиляторные сопла с изменяемым сечением, демпферы колебаний и приводы. Эти устройства являются аустенитными при нормальной для них температуре и превращаются в мартенситные (и принимают требуемую форму) при охлаждении благодаря изменению температуры под действием воздушного потока вокруг летательного аппарата или даже смене температуры окружающей среды во время обычного полета.

Изменение температуры, вызывающее фазовый переход, можно обеспечить разными способами. В устройстве из сплава с памятью формы может присутствовать нагревающий его электронный компонент, или же изменение температуры можно вызвать подачей излишка воздуха из других частей летательного аппарата.


Образец материала с памятью формы, используемого в исследованиях и разработках летальных аппаратов. Изображение — Science Museum London/Science and Society Picture Library. Доступно по лицензии CC BY-SA 2.0 на Викискладе.

Более актуальное техническое усовершенствование с использованием материалов с памятью формы для летательных аппаратов — это крыло изменяемой формы. Сплавы с памятью формы используются для разработки адаптирующегося крыла самолета, которое может изгибаться и менять форму во время полета.

Автомобильная промышленность

Сплавы с памятью формы также оказываются полезными для автомобилей, хотя это больше касается комфорта и простоты использования, чем эксплуатационных характеристик. Например, в некоторых легковых автомобилях имеется клапан из сплава с памятью формы для пневматических камер в сиденьях. При нажатии с определенным усилием элемент поддержки поясницы принимает форму, соответствующую спине водителя или пассажира.

Сплавы с памятью формы используются и для конструирования приводов, с помощью которых становится проще закрывать багажник автомобиля, а также клапанов ограничения шума, вибрации и жесткости (NVH) для контроля шума и вибрации двигателей (что является важным показателем в автомобилестроении).

Здания

Проектирование зданий — еще одна область применения сплавов с памятью формы. Например, стержни из сплавов с памятью формы в бетонных балках обеспечивают предварительное напряжение моста или здания. Изделия меньших размеров из материалов с памятью формы могут использоваться в качестве надежной арматуры трубопроводной сети.

Медицина

Применение сплавов с памятью формы в области биомедицины может сократить необходимость хирургического вмешательства. Например, в артерии можно имплантировать специальные стенты, что является наименее инвазивным способом улучшить кровоток у пациентов с заболеваниями сердца. Микроприводы и искусственные мышцы в робототехнических протезах также состоят из материалов с памятью формы, что дает пациентам с ампутированными конечностями больше свободы движения.


Стенты — наименее инвазивные средства лечения сердечных заболеваний — чаще всего состоят из сплавов с памятью формы. (Примечание. На этом изображении, взятом из учебной модели Plastic Deformation During the Expansion of a Biomedical Stent (Пластическая деформация при расширении биомедицинского стента) не показаны сплавы с памятью формы — оно служит лишь в качестве иллюстрации рассмотренного выше варианта применения.)

Более мелкие изделия из сплавов с памятью формы используются в ортодонтии, например для брекет-систем, и в оптометрии для изготовления очков. Оправы для очков из материала с памятью формы не требуется заменять, если они погнулись. Вместо этого из можно нагреть, и они вернутся в исходную форму.

Другие области применения сплавов с памятью формы

Некоторое время назад материалы с памятью формы начали применяться в области бытовой электроники. Например, компоненты автофокусировки в камерах смартфонов и некоторые мобильные антенны могут быть сделаны из сплавов с памятью формы.

Такие сплавы также используются в ремесленных изделиях и игрушках. Одним из примеров являются гнущиеся браслеты, сделанные из материала с памятью формы, благодаря чему их можно как угодно изгибать и скручивать, после чего без труда вернуть их начальную форму. (К сожалению, всеми любимая в детстве разноцветная пружина «Радуга» (в США — игрушка под названием Slinky®) сделана из обычного пластика, поэтому при сильном растягивании или выкручивании она, к огорчению детей, не принимает исходную форму.)

Недостатки и конструктивные соображения

При разработке конструкции или компонента из сплава с памятью формы необходимо учитывать ряд факторов и рисков. Основным недостатком сплавов с памятью формы является риск усталостного разрушения. Некоторые сплавы с памятью формы можно согнуть или деформировать только определенное количество раз, после чего они не смогут полностью принять исходную форму (или сломаются).

Другой недостаток состоит в длительном периоде фазового изменения для некоторых сплавов. Если поискать в Интернете видеоролики с ключевыми словами «сплавы с памятью формы», можно увидеть, что время для возврата материала в исходную форму может быть долгим и непредсказуемым.


Такие недостатки, как долгое время возврата к начальной форме и усталость, могут вызвать проблемы в ходе цикла фазового превращения для сплавов с памятью формы.

С точки зрения производства сплавы с памятью формы могут быть дорогостоящими, что ограничивает их доступность для производителей и потребителей. Кроме того, поскольку большинство таких материалов меняет свои свойства в зависимости от температуры, может быть рискованно использовать сплавы с памятью формы для устройств, работающих в неконтролируемых или нестабильных температурных условиях. Так, сплав с памятью формы, используемый в автомобилестроении, должен работать при любых возможных температурах в транспортном средстве.

Моделирование сплавов с памятью формы в COMSOL Multiphysics®

Механические свойства сплавов с памятью формы трудно описать из-за сложности имеющих место фазовых превращений. По этой причине моделирование материалов с памятью формы является весьма непростой задачей.

Начиная с версии 5.3a программного пакета COMSOL®, в модуле Нелинейные конструкционные материалы имеются две наиболее популярные модели материала для сплавов с памятью формы: Лагуда и Соуза—Ауриккьо. С помощью этих моделей материала вы сможете во время моделирования задать свойства аустенита, мартенсита и фазового превращения сплава с памятью формы. Вы также можете с легкостью учесть явления теплопередачи в сплаве с памятью формы с помощью встроенной взаимосвязи между интерфейсами Heat Transfer in Solids (Теплопередача в твердых телах) и Solid Mechanics (Механика твердого тела).

В учебной модели Uniaxial Loading of a Shape Memory Alloy (Одноосное нагружение сплава с памятью формы) показано использование модели материала с памятью формы в программном пакете COMSOL Multiphysics®.

В этой учебной модели цилиндр из нитинола подвергается осевому натяжению, и выполняется три отдельных исследования.

  1. Параметрический анализ, демонстрирующий явление псевдоупругости при различных фиксированных температурах
  2. Анализ установленного смещения, показывающий, что эффект псевдоупругости представляет собой цикл увеличения и уменьшения напряжения
  3. Эффект запоминания формы, продемонстрированный после повышения температуры

В модели указано, что для сплава с памятью формы предусмотрено предельное напряжение, зависящее от температуры. Когда осевое натяжение достигает величины предельного напряжения, структура материала переходит из аустенита в мартенсит, то есть происходит прямое превращение (деформация).


Напряжение и деформация сплава с памятью формы при разных температурах.

При уменьшении осевого напряжения происходит обратное превращение. Оно возникает при более низком уровне напряжения, чем предельное для прямого превращения, при этом материал возвращается к своей исходной форме.


Кривые напряжения и деформации, демонстрирующие явление памяти формы в сплаве.

Дальнейшие шаги

Чтобы узнать подробнее о специальных возможностях и функциях механических расчетов в модуле расширения Механика конструкций в COMSOL Multiphysics, нажмите на кнопку ниже.

Примечание. Модели материала Лагуда и Соуза—Ауриккьо для сплавов с памятью формы реализованы в модуле Нелинейные конструкционные материалы, который является расширением для модуля Механика конструкций.

Литература

  1. G.B. Kauffman and I. Mayo, “Chemistry and History: The Story of Nitinol: The Serendipitous Discovery of the Memory Metal and Its Applications,” Chem. Educator, 2(2), 1997.
  2. J.M. Jani et al., “A review of shape memory alloy research, applications and opportunities,” Materials and Design, 56, 2014.

Slinky является зарегистрированным товарным знаком компании POOF-SLINKY, LLC.

Применение и особенности цветных металлов

Спрос на цветные металлы и сплавы постоянно растет, так как они все шире применяются в современной технике. Цветные металлы используются в авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности. В последнее время стали применять в качестве конструкционных материалов такие металлы и сплавы на их основе, как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения в целом цветных металлов и отдельных их видов и сплавов очень широки.

Медь и ее сплавы применяются в химическом машиностроении, из них изготавливаются трубопроводы самого различного назначения, емкости, различные сосуды для криогенной технике и т.п.

Алюминий и его сплавы также как и медь используют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Отличительной особенностью обладают сплавы на основе алюминия, только они преимущественно используются для самолетов, ракет, судов, в различных видах строительства. Это связано с наличием у алюминия таких свойств как высокая прочность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость в некоторых агрессивных средах и высокие механические свойства при низких температурах.

Особенности цветных металлов

Цветные металлы в целом как группы и по отдельности проявляют те или иные особенности.

1. Некоторые металлы, такие как медь, магний, алюминий обладают высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Это способствует быстрому охлаждению места сварки, поэтому для сварки требуется применения более мощных источников теплоты, а иногда даже необходим предварительный подогрев детали.

2. Для тех же металлов (меди, алюминий, магния) и их сплавов характерно снижение механических свойств при нагреве, поэтому металл может легко разрушаться от ударов пр определенных температурах.

3. При нагреве все цветные сплавы растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. В отличие от черных металлов, которым это свойство практически не характерно. Особенно активно взаимодействуют с газами более тугоплавкие и химически более активные металлы, такие как титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден.

Особенности обработки цветных металлов

Достоинства цветных металлов состоит в том, что они прочны и долговечны, а также способны переносить высокие температуры. У них есть один большой недостаток – они коррозируют и разрушаются под воздействием кислорода. Поэтому необходимо внимательно отнестись к обработке и защите металлов от воздействия окружающей среды.

Самый эффективный и распространенный способ защиты цветного металла от атмосферной коррозии – это нанесение защитных лакокрасочных материалов. Выделяется три группы средств защиты металлических поверхностей:1 – грунтовки, 2 – краски, 3 – универсальные препараты “три в одном”.

Грунтовка – это не только средство борьбы с атмосферным окислением, но и помощник краски, он передает следующему за ним покрытию большую адгезию к основанию. Необходимо помнить, что для разных металлов используются разные грунтовки. Так например, для алюминиевых оснований лучше применять специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски.

Такие металлы как медь, латунь и бронзу не красят, так как они поступают в дальнейшую переработку с заводской обработкой, которая защищает поверхность и подчеркивает ее красоту. Когда данное заводское покрытие все таки нарушается под воздействием разных факторов, то лучше всего полностью его удалить с помощью растворителя. Затем основание необходимо отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Таким образом, не смотря на множество полезных свойств металла, каждый из его видов требует особого подхода и дополнительной защиты. Если Вы не спеша и продуманно подойдете к покупке и использованию металла для Ваших целей. То он будет радовать Вас своими преимуществами, а Вы прощать ему его недостатки.

виды сплавов, классификация, маркировка, применение

Медь известна с глубокой древности. Она представляет собой мягкий металл красновато-розового цвета. К особенностям меди относится отличная проводимость тепла и электричества. По данным показателям она уступает только серебру. В сухом воздухе медь слабо окисляется. Однако при комнатной температуре и нагревании достаточно легко вступает в реакции с другими химическими элементами, кроме углерода и азота.

Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь также не действуют без кислорода (примером могут служить серная и разбавленная соляная кислоты).

Виды медных сплавов

Сплавы получают, добавляя в медь различные присадки: цинк, свинец, алюминий, марганец, никель и др. Самыми известными сплавами меди, ввиду свойств и качеств, получившими широкое применение в производстве, являются:

  • латунь – соединение меди с цинком (содержание цинка от 10% до 40%). Прочнее исходного материала и менее подвержен окислению;
  • бронза – соединение с оловом (от 6% до 20%).

Классификация медных сплавов, их маркировки и применение

Согласно физико-химическим свойствам, медные сплавы делят на:

  • литейные;
  • деформируемые;
  • термически упрочняемые;
  • термически неупрочняемые.

Сплавы-латуни маркируют буквой «Л», а бронзы – «Бр». Затем в маркировке указываются буквы, которые обозначают присутствие в сплаве легирующих элементов («Мц» – марганец, «О» – олово, «Ж» – железо, «Ц» – цинк, «С» – свинец и так далее). Далее идут цифры, которые обозначают содержание примесей в процентах.

Область применения меди и ее сплавов весьма широка. В электротехнической промышленности она используется при производстве контактов проводов, кабелей, деталей радиоаппаратуры и др. Из нее делают трубопроводы, радиаторы, теплообменники. Используют медь и в химической промышленности.

Высокая пластичность и вязкость также обусловили применение меди в качестве материала для декора. 

сплавов | Безграничная химия

Сплавы

Сплав – это смесь или металлический твердый раствор, состоящий из двух или более элементов.

Цели обучения

Дайте определение термину сплав.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Сплав – это смесь или металлический твердый раствор, состоящий из двух или более элементов.
  • Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.
  • Состав сплава обычно измеряется по массе.
  • В отличие от чистых металлов, большинство сплавов не имеют единой точки плавления; скорее, у них есть диапазон плавления, в котором вещество представляет собой смесь твердого вещества и жидкости.
Ключевые термины
  • амальгама : сплав, содержащий ртуть
  • микроструктура : тонкая структура чистого металла или сплава, обнаруженная при увеличении в 25 раз или более
  • рацемическая смесь : смесь, содержащая равные количества лево- и правосторонних энантиомеров хиральной молекулы
  • эвтектическая смесь : смесь веществ с температурой плавления ниже, чем у любого из ее компонентов

Сплав – это смесь или твердый металлический раствор, состоящий из двух или более элементов.Примеры сплавов включают такие материалы, как латунь, олово, фосфористая бронза, амальгама и сталь. Полные сплавы твердых растворов дают единственную твердофазную микроструктуру. Частичные растворы дают две или более фаз, которые могут быть или не быть однородными по распределению, в зависимости от термической истории. Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.

Примеры сплавов включают такие материалы, как латунь, олово, фосфористая бронза, амальгама и сталь. Полные сплавы твердых растворов дают единственную твердофазную микроструктуру.Частичные растворы дают две или более фаз, которые могут быть или не быть однородными по распределению, в зависимости от термической истории. Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.

Сталь : Сталь – это сплав, основным компонентом которого является железо.

Состав сплава обычно измеряется по массе. Сплав обычно классифицируется как замещающий или внедренный, в зависимости от его атомного расположения. В сплаве замещения атомы каждого элемента могут занимать те же позиции, что и их двойники.В сплавах внедрения атомы не занимают одни и те же позиции. Сплавы можно далее классифицировать как гомогенные (состоящие из одной фазы), гетерогенные (состоящие из двух или более фаз) или интерметаллические (где нет четкой границы между фазами).

Легирование металла включает его соединение с одним или несколькими другими металлами или неметаллами, что часто улучшает его свойства. Например, сталь прочнее железа, ее основного элемента. Физические свойства (плотность, реакционная способность, проводимость) сплава могут не сильно отличаться от свойств составляющих его элементов, но его технические свойства (прочность на разрыв и прочность на сдвиг) могут существенно отличаться.

В отличие от чистых металлов, большинство сплавов не имеют единой точки плавления; скорее, у них есть диапазон плавления , в котором вещество представляет собой смесь твердого и жидкого. Однако для большинства сплавов существует одна конкретная пропорция компонентов, известная как «эвтектическая смесь», при которой сплав имеет уникальную температуру плавления.

Что такое сплав? Определение и примеры

Обычно сплав представляет собой смесь двух или более металлов. Однако более широкое определение – это смесь элементов, в которой основным компонентом является металл.

Сплав – это вещество, полученное путем объединения двух или более элементов, где основным элементом является металл. Большинство сплавов образуются путем плавления элементов вместе. При охлаждении сплав кристаллизуется в твердое, интерметаллическое соединение или смесь, которые нельзя разделить физическим методом. Хотя сплав может содержать металлоиды или неметаллы, он проявляет свойства металла.

Первичный металл в сплаве называется его основой, растворителем или матрицей. Вторичные элементы называются растворенными веществами.Нежелательные элементы называются примесями. Если сплав состоит только из двух элементов, получается бинарный сплав. Если три элемента, то получается тройной сплав. Изменение процентного содержания элементов создает бинарные системы, тройные системы, четвертичные системы и так далее.

Примеры сплавов

Знакомые примеры сплавов включают латунь, бронзу, нержавеющую сталь, золото 585 пробы, стерлинговое серебро и чугун.

  • Alnico : Alnico содержит не менее 50% железа, а также алюминия, никеля, кобальта и других металлов.Он используется в звукоснимателях электрогитары и магнитах для динамиков.
  • Амальгама : Амальгама – это сплав ртути. Поскольку чистая ртуть является жидким элементом, амальгамы имеют пастообразную форму. Ртуть также имеет высокое давление пара, поэтому иногда амальгаму нагревают, чтобы удалить ртуть, оставив другие компоненты.
  • Латунь : Латунь – это сплав меди с цинком, а иногда и с другими элементами. Поскольку латунь твердая и прочная, она находит применение в обрабатываемых деталях и сантехнической арматуре.
  • Бронза : Бронза – это сплав меди и олова, иногда с другими элементами. Бронза находит применение в статуях и некоторых музыкальных инструментах.
  • Чугун : Чугун является примером сплава, содержащего неметаллы. Это железо с минимум 2% углерода.
  • Электрум : Электрум – это встречающийся в природе сплав серебра и золота.
  • Золото 585 пробы : золото 585 пробы состоит из золота 58,5%, обычно с серебром, медью и цинком. Легирование золота делает его прочнее и труднее.
  • Золото 18 карат : золото 18 карат на 75% состоит из золота, обычно с добавлением меди, никеля или цинка. Сплав сохраняет цвет и блеск золота, но он тверже и прочнее чистого элемента.
  • Метеоритное железо : Метеориты имеют переменный состав, но некоторые из них представляют собой природные сплавы железа и никеля.
  • Нитинол : Нитинол состоит на 50-55% из никеля и на 45-50% из титана. Это сплав с памятью формы, используемый в оправе для очков, медицинских изделиях и переключателях температуры.
  • Олово : Олово – это сплав олова. Другие элементы могут быть медью, сурьмой или свинцом. Олово прочнее, чем чистое олово, податливо и устойчиво к крошению при низких температурах.
  • Стерлинговое серебро : Стерлинговое серебро на 92,5% состоит из серебра, обычно с медью, но иногда с другими элементами. Легирование серебра делает его более твердым и долговечным, но при этом склонным к потускнению.

Как производятся сплавы

Сплав можно получить двумя способами. Эти методы можно комбинировать для получения сплава третьего типа.

  • Замещающий сплав – Замещающий сплав образуется, когда один атом обменивается с другим атомом сопоставимого размера. Латунь и бронза являются примерами сплавов замещения. Олово или цинк, соответственно, заменяют часть атомов меди в кристаллической решетке.
  • Межузельный сплав – Межузельный сплав образуется, когда более мелкие атомы захватываются кристаллической решеткой более крупных атомов. Сталь является примером сплава внедрения. Атомы углерода входят в пустоты кристаллической матрицы железа.

Некоторые сплавы образуются в результате комбинации механизма обмена атомами и межузельного механизма. Например, нержавеющая сталь имеет атомы углерода в пустотах, а атомы никеля и хрома заменяют некоторые атомы углерода.

Сплавы образуются путем обмена атомами, размещения в междоузлиях или комбинации методов. (Изображение предоставлено: Hbf878)

Использование сплава

По своей конструкции, сплавы обладают химическими и физическими свойствами, которые превосходят их по своим свойствам, чем чистый элемент. Таким образом, более 90% металлов, используемых в коммерческих целях, являются сплавами.Сплавы улучшаются по сравнению с чистыми элементами с точки зрения коррозионной стойкости, жаропрочности, твердости, обрабатываемости, повышенного износа или специальных электрических или магнитных свойств. Иногда улучшение просто отражает экономическую эффективность, когда сплав сохраняет ключевые свойства чистого металла, но стоит дешевле.

Источники

  • Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Железо и сталь в древности . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN 978-87-7304-308-0.
  • Каллистер, W.D. (2007) Материаловедение и инженерия: Введение (7-е изд.). ISBN компании John Wiley and Sons, Inc. 978-0-471-73696-7.
  • Cretu, C .; Ван дер Линген, Э. (1999). «Цветные золотые сплавы». Золотой бюллетень . 32 (4): 115. DOI: 10.1007 / BF03214796
  • Эмсли, Джон (2003). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0198503407.

Связанные сообщения

Металлы Союзники: Металлические сплавы – Блог – Новости

Металлические сплавы повсюду, понимаете вы это или нет.Скорее всего, вы столкнетесь с металлическими сплавами в повседневной жизни в виде инструментов, украшений и посуды. Фактически, большинство металлов, доступных на рынке, являются сплавами, но почему? Читай дальше что бы узнать!

Что такое легированный металл?

Проще говоря, сплав – это смесь двух или более элементов, где по крайней мере один из элементов является металлом, в виде соединения или раствора. По отдельности чистые металлы могут обладать такими полезными свойствами, как электропроводность, коррозионная стойкость, прочность или твердость.Сплавы работают, комбинируя эти полезные свойства, чтобы создать более «идеальный» материал, который можно использовать в большем количестве применений, чем любой из составляющих элементов.

Чтобы дать вам лучшее представление, вот несколько примеров распространенных металлических сплавов:

Характеристики металлических сплавов

Сплавы

обычно прочнее чистых металлов, но обычно они обладают более низким уровнем теплопроводности и электропроводности. Сплавы широко используются в машиностроении и строительстве, поскольку прочность является жизненно важным требованием для конструкционных материалов.

Многие чистые металлы оказываются слишком мягкими для большинства применений, поэтому для образования сплавов добавляют другие элементы. Почему металлические сплавы тверже чистых металлов? Проще говоря, добавляя что-то еще, вы можете сохранить желаемые характеристики исходного металла, превращая его в нечто более прочное. Думайте об этом больше как о супер-металле!

Для чего используются металлические сплавы?

Хорошим примером металлического сплава является сталь, которая представляет собой сплав железа. Чистое железо невероятно мягкое, поэтому, добавляя больше элементов, вы можете довести материал до уровня, более подходящего для конкретного применения.Есть много видов стали, каждая из которых имеет разное назначение.

Вот несколько примеров:

Конечно, сталь – не единственный набор сплавов! Ниже приведены другие примеры металлических сплавов и их применение:

  • Бронза: (медь и олово) используется для корабельных винтов, скульптур, музыкальных инструментов и колоколов.
  • Золото: (золото и медь, а также другие комбинации) используется для изготовления украшений и для различных стоматологических применений.
  • Магний: (алюминий и магний) используется для деталей самолетов.
  • Латунь: (медь и цинк) используется в основном для изготовления монет и музыкальных инструментов.

Чтобы узнать больше о металлах и сплавах или узнать, какие сплавы есть в Goodfellow, свяжитесь с нашей командой сегодня.

видов использования сплавов в повседневной жизни – применение, важность и интересные факты

Вы когда-нибудь задумывались, почему ваши пластины из нержавеющей стали никогда не ржавеют даже после контакта с водой и воздухом? Потому что они сплавы. Применение сплавов улучшает свойства металлов.Таким образом, вы окружены сплавами, которые используются в повседневной жизни. Обычно такие металлы, как железо, медь, золото, серебро и т. Д., В чистом виде встречаются редко. Вы встретите их сплавы, такие как латунь, сталь, бронза и т. Д. Сплав представляет собой однородную смесь двух или более двух металлов или комбинацию металла и неметалла. Здесь мы подробно узнаем о сплавах и их применении.

(изображение скоро будет загружено)

Применение сплавов

Применение сплавов – неотъемлемая часть нашей повседневной жизни, поскольку металлы нельзя использовать в чистом виде.Давайте разберемся в использовании сплавов на примере. Железо в чистом виде настолько мягкое, что его можно легко растянуть в горячем виде. Однако когда вы добавляете к железу 0,05% углерода, оно становится прочным и твердым. Кроме того, когда вы смешиваете никель и хром с железом, вы получаете сплав, известный как нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь подходит для грубого домашнего использования, так как она твердая, легкая и не ржавеет. Поэтому использование сплавов имеет большое значение в нашей повседневной жизни.

Применение легированной стали

Сталь – самый распространенный, но самый полезный металл всех времен. В нашей повседневной жизни легированная сталь используется по-разному из-за ее физических и химических свойств. Легированная сталь представляет собой композицию из углеродистой стали, добавленную к однородной смеси металлов и неметаллов. Легированные стали делятся на два типа – низколегированные и высоколегированные. Высоколегированная сталь – это смесь металлов, в которой содержание легирующего элемента превышает 8%.

С другой стороны, низколегированная сталь содержит менее 8% легирующего элемента.Элементы, такие как алюминий, хром, медь, никель, кобальт, марганец, кремний и т. Д., Смешиваются отдельно в различных пропорциях для получения желаемой составляющей легированной стали. Каждый элемент придает стали определенные свойства. Легирование обеспечивает прочность, долговечность и твердость стали.

Сплавы и их значение

Что бы вы ни видели или не использовали, нельзя игнорировать сплавы, используемые в повседневной жизни. Чистые металлы химически активны. Из-за влажности и газов, присутствующих в атмосфере, чистые металлы имеют тенденцию к эрозии.Однако металлы в виде сплавов более устойчивы к коррозии. Они делают металлы более прочными и удобными в использовании. Они приобретают высокую прочность на разрыв.

(изображение будет скоро загружено)

Сплав получают путем плавления первичного металла в жидкой форме и растворения другого металла или других металлов в точной пропорции. Затем смеси дают остыть и затвердеть. Такая композиция из двух или более металлов дает сплав. Существует обширный список металлических сплавов и способов их использования в повседневной жизни.Ниже приведены названия повседневных сплавов, их состав и использование в табличной форме.

Список сплавов, их состав и использование

Название сплава

Состав сплава

Использование сплава в повседневной жизни

4000

  • 34% цинк + 66% медь

    Дверные ручки, посуда, сантехника, музыкальные инструменты, молнии, электроника, инструменты, лодки, декоративные элементы и т. Д.

    Бронза

    83% медь + 12% олово + 5% Прочие металлы (марганец, алюминий и т. Д.)

    Морская арматура и приспособления, электрические разъемы, медали, колокольчики и т. Д.

    Стерлинговое серебро

    92,5% серебро + 7,5% медь

    Ювелирные изделия, посуда, искусство, монеты, медали, фотографии, электрические, хирургические и медицинские инструменты и т. Д.

    Колокол Металл

    77% медь + 23% олово

    Литье колоколов и изготовление статуй

    Нержавеющая сталь

    82% железо + 18% хром и никель

    Посуда , часы, строительство и т. д.

    Монетный металл

    75% меди + 25% никель

    Изготовление монет

    Дуралюмин

    95% алюминия + 424% меди

    Строительство самолетов, кораблей и т. Д.

    Металлический припой

    50% олова + 50% свинца

    Электрические провода и т. Д.

    Интересный факт об использовании сплавов in Daily Life

    1. Золото 22 карата – отличный образец сплавов, используемых в повседневной жизни.Золотые украшения, которые вы носите на свадьбе, – это сплавы. Чистое золото 24 карата – невероятно мягкий металл, который легко вылепить пальцами. Ювелир изготавливает украшения из 22-каратного золота из однородной смеси золота и серебра или золота и меди.

    2. Стальная пластина, которую вы используете в повседневной жизни для еды, является экологически чистой, поскольку 80% более 80% старой стали можно переработать в новую.

    3. Выпив воду из латунного кувшина, вы избавитесь от респираторных заболеваний.

    Наиболее распространенные сплавы и их свойства

    Специальные сплавы – состав и применение

    Все легированные стали производятся из углеродистой стали и других легирующих материалов, включая алюминий, хром, медь, марганец, никель, кремний или титан. Эти металлы сочетаются с углеродистой сталью для создания особых свойств, которые позволяют повысить твердость, прочность и / или коррозионную стойкость.

    Обычные сплавы: Наиболее распространенными и известными сплавами являются латунь и углеродистая сталь.

    Латунь изготавливается из меди и цинка различных пропорций и механических и электрических свойств для разработки различных типов латунных сплавов. Латунь часто используется для изготовления широкого ассортимента фитингов, резьбовых соединений, трубных и конусных фитингов. Из-за своей исключительной устойчивости к ржавчине, твердости, гибкости и долговечности латунь часто используется в трубопроводах и трубных фитингах.

    Углеродистая сталь представляет собой комбинацию железа и углерода и часто содержит другие элементы с низким максимальным процентным содержанием, такие как медь (0.60% максимум), марганец (максимум 1,65%) или кремний (максимум 0,60%). Фитинги из углеродистой стали широко используются в промышленном, строительном и сельскохозяйственном оборудовании из-за требований высокого давления, высокой прочности и низкой стоимости. Углеродистая сталь является наиболее часто используемым металлом, на нее приходится почти 85% мирового производства стали. Несмотря на то, что он имеет ограниченную коррозионную стойкость по сравнению с другими материалами, он все еще используется в большом количестве промышленных приложений.

    Следующие сплавы обладают особыми характеристиками в сочетании с углеродистой сталью:

    • Chromium ® Повышает твердость, материал становится более жестким и износостойким
    • Хром-ванадий ® Повышает прочность на разрыв, но при этом становится более пластичным при изгибе и его легче резать
    • Cobalt ® Выдерживает высокие температуры, идеально подходит для режущих инструментов
    • Марганец ® Повышенная твердость поверхности и прочность на сдвиг, а также повышенная устойчивость к деформации и ударам
    • Molybdenum ® Повышенная прочность, повышенная устойчивость к ударам и нагреву
    • Никель ® Обеспечивает улучшенную коррозионную стойкость и повышенную прочность
    • Tungsten ® Улучшенная зернистая структура, позволяющая получать более твердый материал и превосходную термостойкость
    • Ванадий ® Обеспечивает улучшенную коррозионную стойкость и увеличивает прочность, ударную вязкость и устойчивость к ударам.

    Это сообщение в блоге является выдержкой из нашего технического документа «Специальные сплавы: состав и применение». Если вы хотите узнать больше о применении и характеристиках специальных сплавов, нажмите здесь или ниже, чтобы загрузить технический документ!

    Первичные источники включают:

    Использование сплавов – Что такое сплавы и различные типы полимеров? – OCR 21C – Редакция GCSE Chemistry (Single Science) – OCR 21st Century

    Сплавы имеют свойства, отличные от свойств чистого металла.Для любого конкретного применения подбирается сплав с наиболее подходящим диапазоном свойств.

    Алюминий и медь – полезные металлы. В этой таблице приведены примеры распространенных сплавов, содержащих эти металлы:

    Золото и медь Ювелирные изделия
    Сплав Состав Использует
    Дюралюминий Алюминий и медь Детали самолетов
    Детали самолетов
    Бронза Медь и олово Гребные винты для кораблей, колокола
    Латунь Медь и цинк Монеты, Ювелирные изделия
    Золото и медь
    Припой Олово и медь Соединение медных труб и электрических компонентов

    Использование металлов зависит от их свойств.

    Алюминий и его сплавы

    Алюминий не реагирует с водой. Его поверхность защищена естественным слоем оксида алюминия, который позволяет металлу сопротивляться коррозии. Алюминиевая фольга используется для упаковки и хранения пищевых продуктов, поскольку она не реагирует на вещества, содержащиеся в пищевых продуктах. Он податливый, поэтому его легко складывать вокруг еды.

    Алюминий имеет низкую плотность, поэтому детали из алюминия относительно легкие.

    Сплавы дюралюминий и магналий прочнее алюминия, но все же имеют низкую плотность.Из них делают детали самолетов.

    Вопрос

    Предложите объяснение, почему магналий используется для изготовления деталей самолетов.

    Показать ответ

    Сплав магния прочнее алюминия, но все же имеет низкую плотность. Это делает его пригодным для деталей самолетов, которые должны быть легкими и прочными.

    Медь и латунь

    Медь и латунь устойчивы к коррозии и являются хорошими электрическими проводниками. Медь – лучший проводник, чем латунь, поэтому ее используют в электропроводке.Латунь прочнее меди.

    Электрические провода защищены прочным слоем изолирующего полимера.

    Вопрос

    Объясните, почему для контактов электрических вилок используется латунь, а не медь.

    Показать ответ

    Штыри на электрической вилке должны проводить электричество, но они также должны быть прочными и не ломаться при использовании вилки. Хотя медь является лучшим проводником, латунь все же хорошо проводит электричество. Прочность латуни делает ее более подходящим материалом для выбора.

    Золото

    Золото – очень мягкий и ковкий металл. Он также очень инертен, поэтому устойчив к коррозии и остается блестящим. Козырьки космических шлемов покрыты слоем золота. Он достаточно тонкий, чтобы космонавт мог видеть сквозь него, но достаточно толстый, чтобы отражать солнечный свет. Золото, используемое для изготовления украшений, представляет собой сплав золота с другими металлами, часто с медью. Это делает украшения намного прочнее, сохраняя при этом способность сиять.

    Использование сплавов • Bernier Metals

    Сплавы – это металлические вещества, состоящие из смеси или металлического твердого раствора двух или более металлов.Они могут даже состоять из металла и другого элемента, который может быть неметаллическим для получения сплава. Сплав обычно имеет свойства, отличные от свойств элементов, из которых он состоит. При изменении концентрации и соотношений элементов получаются сплавы с разными свойствами. Их можно разделить на два типа: сплавы замещения и сплавы внедрения, различие которых зависит от расположения атомов, составляющих их. Существует несколько комбинаций сплавов, которые могут быть достигнуты путем комбинирования различных металлов или элементов, чтобы иметь разные свойства и выполнять разные функции.Сплавы используются широко, и ими можно манипулировать для выполнения различных функций, комбинируя металлы для получения сплавов со специфическими свойствами, идеальными для конкретного применения. Сплавы широко используются в различных отраслях промышленности, от военного и медицинского оборудования до коммерческих и промышленных материалов. Некоторыми примерами сплавов являются медь, нержавеющая сталь, алюминий и бронза, каждый из которых имеет разные свойства.

    Сплавы существуют очень давно, даже до появления современных технологий.Однако прогресс в технологии сплавов произошел только в последние несколько десятилетий. Медь была первым металлом, который был извлечен из руды, и позже она была объединена с оловом для создания бронзы. Сегодня существует несколько комбинаций сплавов, которые служат разным потребностям и функциям. В этой форме слияния металлы не заставляют химически связываться друг с другом, а просто смешивают вместе для достижения определенных свойств.

    Сплав, состоящий из комбинации меди и цинка, известен как латунь.Эти сплавы представляют собой разновидность декоративного металла, из которого делают музыкальные инструменты. Даже золото и серебро, которые используются для изготовления ювелирных изделий, обычно не содержат чистого золота или серебра, но содержат определенный процент меди или других металлов, чтобы придать ювелирным изделиям более долговечные свойства. Кроме того, когда железо извлекается из руды, оно производит сплавы с различным содержанием углерода.

    Использование алюминиевых сплавов

    Так же, как и другие металлические сплавы, алюминиевые сплавы и приобретают прочность и особые характеристики после того, как они были произведены в результате слияния алюминия с другими элементами.Такие свойства, как легкий вес и большая прочность, позволяют использовать алюминий в нескольких различных отраслях промышленности. Применения алюминия включают транспорт, электрооборудование, строительство и медицину. Полеты на больших высотах были бы невозможны без алюминия, поскольку он обладает свойствами, способными выдерживать высокое давление.

    Области применения медных сплавов

    Обладая такими свойствами, как высокая коррозионная стойкость, пластичность, низкая стоимость, а также электрическая и теплопроводность, медные сплавы широко используются в производстве электрического оборудования.Их обычно используют для теплообменников, поскольку они могут эффективно проводить тепловую энергию. Их низкая стоимость позволяет использовать их для изготовления нескольких промышленных электроприборов.

    Использование никелевых сплавов

    Никелевые сплавы, используемые в таких областях, как авиационные газотурбинные двигатели, атомные электростанции и многие химические и нефтехимические отрасли, в значительной степени способствовали развитию современной экономики. Эти сплавы обладают высокой коррозионной и жаростойкостью и обычно используются в контрольно-измерительном оборудовании для определения основных электрических характеристик этого оборудования.

    Использование сплавов нержавеющей стали

    Один из наиболее широко используемых сплавов, сталь представляет собой комбинацию железа с небольшим количеством углерода, что придает сплаву другой тип расположения кристаллов внутри, позволяя слою кристаллов скользить мимо друг друга и, таким образом, придавая сплаву такие свойства, как устойчивость к окислению и прочность. Нержавеющая сталь Сплавы также широко используются во многих отраслях промышленности. Их ключевое свойство противостоять коррозии и ржавчине позволяет использовать их на дне моря.Коммерческое применение этих сплавов включает столовые приборы и ремешки для часов. В обрабатывающей промышленности сплавы нержавеющей стали используются для изготовления электронных сельскохозяйственных материалов.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.