Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д.
Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла.
В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.
Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.
Классификация однородности сплавов
Классификация
Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:
- метод изготовления:
- технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
- однородность структуры:
Виды сплавов по их основе
- вид металла – основы:
- черные (железо);
- цветные (цветные металлы);
- редких металлов (радиоактивные элементы);
- количество компонентов:
- двойные;
- тройные;
- и так далее;
- физико-химические свойства:
- тугоплавкие;
- легкоплавкие;
- высокопрочные;
- жаропрочные;
- твердые;
- антифрикционные;
- коррозионностойкие и др.;
- предназначение:
- конструкционные;
- инструментальные;
- специальные.
- Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.
- Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.
Свойства сплавов
Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:
- Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
- плотность;
- температура плавления;
- тепловые и упругие характеристики;
- коэффициент термического расширения;
- структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
- https://youtu.be/qgzo40bfL1o
- Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
- блеск;
- пластичность;
- теплопроводность;
- электропроводность.
- Кроме того, свойства подразделяют на:
- Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
- Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.
Механические свойства
- Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
- Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
- Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
- Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
- Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
- Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам
Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.
Основные виды сплавов
Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.
Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств.
Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы.
Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.
Легированная сталь
Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических.
Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях.
До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.
Чугунные радиаторы
Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.
Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.
Желтая латунь
Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.
Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.
Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.
Цинковые сплавы
Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.
Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.
Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.
Область применения титановых сплавов
Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:
-
-
- аэрокосмическая;
- химическая;
- атомная;
- криогенная;
- судостроительная;
- протезирование.
-
Алюминиевые сплавы
Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.
Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.
Алюминиевые сплавы подразделяют на:
-
-
- Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
- Для литья под давлением (с марганцем).
- Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).
-
Основные преимущества соединений алюминия:
-
-
- Доступность.
- Малый удельный вес.
- Долговечность.
- Устойчивость к холоду.
- Хорошая обрабатываемость.
- Электропроводность.
-
Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.
Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.
Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.
Слитки из алюминиевых сплавов
Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.
Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.
Медные сплавы
Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.
Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.
Латунь — смесь меди и цинка
Медь и ее сплавы
Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.
- Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100оС.
- В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.
- Основными сферами применения являются:
-
-
- Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
- Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
- Штампы, матрицы и пуансоны.
- Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
- Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
- Детали и узлы атомных и химических реакторов.
- Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.
-
Области применения твердых сплавов
Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.
Какие бывают виды металлов и сплавов?
Металлы окружают нас повсюду: их них сделаны автомобили, каркасы домов, бытовая техника, смартфоны и многие другие изобретения человечества. Но много ли мы о них знаем? Первое, что нужно знать о металлах — это то, что они делятся на черные и цветные.
Из этих разновидностей металлы разделяются еще на несколько больших групп, в зависимости от их свойств. Давайте сразу же перейдем к конкретике.
В этом материале мы вкратце разберемся, по каким признакам металлы разделяются по разным группам и в каких отраслях они применяются.
На сегодняшний день науке известно более 90 видов металлов и все они используются в самых разных сферах
Металлы — это группа из более 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. В природе они редко обнаруживаются в чистом виде, поэтому их чаще всего добывают из руды.
Так называют вид полезных ископаемых, которые представляют собой соединение нескольких химических компонентов, вроде минералов и тех же самых металлов.
Металлам характерны несколько свойств, по которым их разделяют по группам:
- твердость — сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела;
- прочность — стойкость к разрушению под воздействием внешней нагрузки;
- упругость — изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление ее после того, как эти силы перестают на нее воздействовать;
- пластичность — изменение формы материала под внешним воздействием и сохранение ее после устранения этого воздействия;
- износостойкость — сохранение хорошего внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения;
- вязкость — способность материала вытягиваться под воздействием внешних сил;
- усталость — свойство материала выдерживать многократные нагрузки;
- жароустойчивость — сопротивление окислительным процессам при нагревании до высоких температур.
Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что из него можно будет изготавливать ручки дверей больниц и других общественных мест.
Три главные особенности черных металлов: большая плотность, высокая температура плавления и темная окраска. Так как с черными металлами в чистом виде тяжело работать, в них добавляют легирующие компоненты — примеси для изменения физических и химических свойств основного материала.
Чтобы придать черным металлам форму, их сначала нагревают до высоких температур, а потом прессуют
Черные металлы делятся на 5 подгрупп:
К ним относятся кобальт, никель и марганец. Они применяются как добавки к железу — чаще всего, из сплавов получают прочную сталь, которая используется в изготовлении различных деталей для крупной техники, ножей и других изделий.
Из стали изготавливаются прочные и красивые ножи причем не только кухонные
К этой подгруппе относятся ниобий, молибден, вольфрам и рений. Их общей чертой является то, что ох температура плавления выше, чем у железа — то есть, составляет более 1539 градусов Цельсия. Из них, как правило, изготавливают детали для техники и нити накаливания для различных лампочек.
Нити накаливания в лампочках, как правило, сделаны из вольфрама
В эту группу входят уран, калифорний и другие радиоактивные металлы. Они используются исключительно в отрасли атомной энергетики.
В древние времена уран использовался для изготовления желтой посуды
В эту классификацию входят лаптан, празеодим, неодим и другие металлы. Все они серебристо-белого цвета и имеют практически полностью одинаковые химические свойства.
Свое название редкоземельные материалы получили потому, что их трудно найти в земной коре. Они используются в атомной энергетике и машиностроении.
Например, из редкоземельных металлов можно создавать стекла, которые не пропускают через себя ультрафиолетовые лучи.
Редкоземельный элемент скандий используется в ртутно-газовых лампах
В эту подгруппу входят бериллий, магний, кальций, радий и другие металлы. Все они окрашены природой в серый цвет и при комнатной температуре всегда остаются в твердом состоянии. В чистом виде они практически нигде не применяются, за исключением атомных реакторов.
Щелочноземельный элемент бериллий используют для изготовления рентгеновских трубок, через которые лучи выходят наружу
Это интересно: Роботы из жидкого металла могут появиться уже в ближайшем будущем
Цветные металлы стоят дороже черных, потому что более востребованы в мире. Они нужны при изготовлении автомобилей, строительстве домов и в области высоких технологий — именно они являются основными материалами при изготовлении смартфонов и другой электроники. В сфере строительства они нужны для изготовления всевозможных арматур, балок, уголков и так далее.
Железо и его сплавы относятся к черным металлам, а все остальное — это цветные металлы
Цветные металлы принято разделять на три группы:
Самыми яркими представителями этой категории цветных металлов считаются медь, латунь и бронза.
Наибольшим спросом среди них пользуется медь, потому что она — отличный проводник электрического тока и широко применяется в электронике.
Из латуни изготавливают различные проволоки, подшипники и другие металлические элементы. Из бронзы нередко делают памятники, потому что она не боится дождя, снега и механических повреждений.
Самые популярные легкие металлы, это алюминий, магний и титан. Их довольно легко расплавить, а также они легче черных металлов.
Благодаря устойчивости к коррозии, высокой пластичности и небольшой массе, алюминий активно используется в строительстве самолетов и автомобилей.
Магний широко применяется в изготовлении корпусов для различной техники, начиная с фотоаппаратов и заканчивая двигателями. Титан отличается высокой прочностью и небольшой массой, поэтому применяется при изготовлении космических ракет.
В воздухе алюминий мгновенно покрывается пленкой, которая защищает ее от возникновения ржавчины
К благородным металлам относятся золото, серебро и платина. Из-за сложности добычи и своей красоты, они считаются самыми дорогими разновидностями металлов. Их стоимость постоянно меняется и их можно купить в банках, тем самым вложив в них свои деньги. Также благородные металлы широко используются в ювелирном деле. Из них изготавливаются кольца, браслеты и прочие украшения.
Про алюминий можно почитать в материале про самые ценные металлы в мире
Виды сплавов
Сплавами называют материалы, которые состоят из двух и более металлических компонентов.
Как правило, сплавы состоят из основы, в которую входят несколько металлов, и так называемых легирующих элементов — они необходимы, чтобы придать сплаву мягкость, эластичность и другие свойства.
Чаще всего в промышленности применяются смеси с использованием железа и алюминия, но вообще существует более 5 тысяч разновидностей сплавов.
В большинстве своем металлы, с которыми мы взаимодействуем — это сплавы
Сплавы делятся на два вида: литые и порошковые. Литые сплавы получаются путем смешивания расплавленных компонентов. А порошковый метод получения сплавов подразумевает прессование порошков нескольких металлов и их последующее спекания при высоких температурах.
Из металлических сплавов сегодня изготавливается практически все, вплоть до скамеек
По назначению сплавы делятся на конструкционные, инструментальные и специальные. Конструкционные сплавы предназначены для изготовления деталей автомобилей.
Из инструментальных сплавов, как можно понять из названия, изготавливают инструменты — например, различные молотки и ножи.
А специальные сплавы используются для изготовления деталей специального назначения — например, для предотвращения трения.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
Как видно, металлов очень много и они сильно друг от друга отличаются. На тему металлов также рекомендую почитать материал, в котором я рассказал о самых интересных разновидностях этого материала. Вот знаете ли вы, как называется самый редкий металл на нашей планете и как его добывают?
List of named alloys — Wikipedia
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Это список названных сплавов, сгруппированных в алфавитном порядке по основным металлам . В этих товарных позициях сплавы также сгруппированы в алфавитном порядке. Некоторые из основных легирующих элементов могут быть указаны после названий сплавов.
Алюминий
- AA-8000 : используется для электрических строительных проводов в США в соответствии с Национальным электротехническим кодексом , заменяя AA-1350.
- Al – Li (2,45% лития ): аэрокосмические приложения, включая космический шаттл.
- Алнико ( никель , кобальт ): используется для постоянных магнитов
- Алюминий – Скандий ( скандий )
- Бирмабрайт ( магний , марганец ): используется в кузовах автомобилей, в основном используется в автомобилях Land Rover .
- Дуралюминий ( медь )
- Гидуминий или сплавы RR (2% меди, железа , никеля): используются в поршнях самолетов.
- Гидроналий (до 12% магния, 1% марганца): используется в судостроении, устойчив к коррозии в морской воде.
- Италма (3,5% магния, 0,3% марганца): раньше использовалась для чеканки итальянской лиры.
- Магний (5-50% магния ): используется в корпусах самолетов, лестницах, пиротехнике и т. Д.
- Ni-Ti-Al ( титан 40%, алюминий 10%), также называемый ниталом
- Сплав Y (4% меди, никеля, магния)
Алюминий также образует сложные металлические сплавы , такие как β – Al – Mg, ξ'– Al – Pd – Mn и T – Al 3 Mn.
Бериллий
- Lockalloy (62% бериллий, 38% алюминий)
Висмут
Хром
Кобальт
- Эльгилой (кобальт, хром, никель, железо, молибден, марганец, углерод)
- Мегаллий ( кобальт , хром , молибден )
-
Стеллит ( хром , вольфрам , углерод )
- Талонит (вольфрам, молибден, углерод)
- Ultimet (хром, никель , железо , молибден, вольфрам)
- Виталлий (кобальт, хром, молибден)
Медь
- Мышьяковая медь ( мышьяк )
- Бериллиевая медь (0,5-3% бериллия, 99,5-97% меди) ( бериллий )
- Биллон ( серебро )
- Латунь ( цинк ) см. Также Латунь § Типы латуни для более широкого списка
- Бронза ( олово , алюминий или другой элемент )
- Константан ( никель )
- Гидрид меди ( водород )
- Медь-вольфрам ( вольфрам )
- Коринфская бронза ( золото , серебро )
- Cunife ( никель , железо )
- Мельхиор ( никель )
- CuSil ( серебро )
- Тарелки из сплавов ( олово )
- Сплав Деварда ( алюминий , цинк )
- Гепатизон ( золото , серебро )
- Манганин ( марганец , никель )
- Мельхиор ( никель ); высокая коррозионная стойкость, используется в морских системах в конденсаторных трубах
- Нейзильбер ( никель )
- Северное золото ( алюминий , цинк , олово )
- Шакудо ( золото )
- Тумбага ( золото )
Галлий
- Al Ga (алюминий, галлий)
- Галфенол (железо)
- Галинстан (индий, олово)
Золото
См. Также примечания ниже
Индий
- Металл Филда ( висмут , олово)
Утюг
Большинство сплавов железа — это стали с углеродом в качестве основного легирующего элемента.
- Элинвар ( никель , хром )
- Фернико ( никель , кобальт )
- Ферросплавы ( Категория: Ферросплавы )
- Инвар ( никель )
- Чугун ( углерод )
- Чугун ( углерод )
- Гидрид железа ( водород )
- Кантал (20–30% хрома , 4–7,5% алюминия ); используется в нагревательных элементах, включая электронные сигареты
- Ковар ( никель , кобальт )
- Spiegeleisen ( марганец , углерод , кремний )
- Стабаллой (нержавеющая сталь) (марганец, хром, углерод) — см. Также уран ниже
-
Сталь ( углеродистая ) ( Категория: Стали )
- Булат сталь
- Хромолибден ( хром , молибден )
- Тигельная сталь
- Дамасская сталь
- Ducol
- Хэдфилд сталь
- Быстрорежущей стали
- Сталь HSLA
- Мартенситностареющая сталь
- Рейнольдс 531
- Кремниевая сталь ( кремний )
- Стальная пружина
- Нержавеющая сталь ( хром , никель )
-
Инструментальная сталь ( вольфрам или марганец )
- Серебряная сталь (США: буровая штанга ) ( марганец , хром , кремний )
- Атмосферостойкая сталь («Кор-тен») ( кремний , марганец , хром , медь , ванадий , никель )
- Wootz Steel
Вести
Магний
Марганец
- MN40, используется в фольге для пайки
- MN70, используется в фольге для пайки
Меркурий
Никель
- Категория: Никелевые сплавы
- Алнико ( алюминий , кобальт ); используется в магнитах
- Алюмель ( марганец , алюминий , кремний )
- Brightray (20% хрома , железа , редкоземельных элементов ); первоначально для седел клапанов с твердым покрытием
- Хромель ( хром )
- Мельхиор ( бронза , медь )
- Ферроникель ( железо )
- Немецкое серебро ( медь , цинк )
- Хастеллой ( молибден , хром , иногда вольфрам )
- Инконель ( хром , железо )
- Инконель 686 ( хром , молибден , вольфрам )
- Монель металлический ( медь , железо , марганец )
- Нихром ( хром )
- Никель-углеродный ( углерод )
- Никросил ( хром , кремний , магний )
- Нимоник ( хром , кобальт , титан ), используемый в лопатках турбин реактивных двигателей.
- Нисил ( кремний )
- Нитинол ( титан , сплав с памятью формы )
- Магнитно «мягкие» сплавы
Плутоний
Калий
- NaK ( натрий )
- KLi ( литий )
Редкие земли
Родий
- Псевдопалладий (сплав родий-серебро)
Самарий
SmCo ( кобальт ); используется для постоянных магнитов в гитарных звукоснимателях, наушниках, спутниковых транспондерах и т. д.
Скандий
- Гидрид скандия ( водород )
Серебро
Натрий
Титана
Банка
Уран
Цинк
- Замак ( алюминий , магний , медь )
- Гальванические цинковые сплавы
Смотрите также
Заметки
Рекомендации
Металлы и сплавы, используемые при изготовлении художественных изделий / Кустарь — сайт для тех, кто всё делает сам
Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:
- метод изготовления:
- порошковые;
- технология производства:
- деформируемые;
- порошковые;
- однородность структуры:
- гомогенные;
гетерогенные;
- вид металла – основы:
- цветные (цветные металлы);
- редких металлов (радиоактивные элементы);
- количество компонентов:
- тройные;
- и так далее;
- физико-химические свойства:
- легкоплавкие;
- высокопрочные;
- жаропрочные;
- твердые;
- антифрикционные;
- коррозионностойкие и др.;
- предназначение:
- инструментальные;
- специальные.
Виды сплавов по их основе
Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.
Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.
Свойства сплавов
Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:
- Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
- температура плавления;
- тепловые и упругие характеристики;
- коэффициент термического расширения;
- структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
- https://youtu.be/qgzo40bfL1o
- Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
- пластичность;
- теплопроводность;
- электропроводность.
- Кроме того, свойства подразделяют на:
- Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.
- Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
- Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
- Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
- Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
- Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
- Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам
Механические свойства
Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.
Алюминий
Самым распространенным на земле элементом после кислорода и кремния является алюминий — металл серебристо-белого цвета. Он хорошо прокатывается, штампуется и куется.
Только трудность высвобождения чистого алюминия из его различных соединений препятствует ему стать самым дешевым и наиболее распространенным металлом на земле.
Благодаря своей легкости (в 3 раза легче железа) алюминий и его сплавы нашли широкое применение в промышленности.
Все больше используется алюминий в быту — из него изготовляют посуду, легкую мебель и другие изделия. Нужно иметь в виду, что в домашних условиях алюминий трудно паять и сваривать.
Основные виды сплавов
Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.
Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств.
Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы.
Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.
Легированная сталь
Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических.
Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях.
До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.
Чугунные радиаторы
Термообработка стали У12 (или стали У8)
Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.
Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.
Желтая латунь
Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.
Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.
Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.
Классификатор металлов по ГОСТ
Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение.
Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики.
Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.
Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента.
То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны.
Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.
Классификация металлов
Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:
- Стали,
- Чугуны,
- Сплавы на основе цветных металлов.
Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:
- углеродистая,
- легированная,
- специальная.
Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода.
Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента.
Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.
Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла.
Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной.
Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.
Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:
- инструментальная,
- конструкционная,
- специальная
В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.
Переплавка алюминиевых банок в домашних условиях
Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец.
Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%.
В данном случае сюда добавлены медь и кремний.
Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:
- строительная,
- подшипниковая,
- арматурная,
- котельная,
- автоматная.
Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.
Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:
- белый,
- отбеленный,
- и графитизированный.
У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:
- серый,
- вермикулярный,
- ковкий
- и высокопрочный.
- Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.
- И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:
- Алюминиевые сплавы:
- Медные сплавы:
Поиск сплава в классификаторе ГОСТ
Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.
Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.
Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.
Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.
Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.
Цинковые сплавы
Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.
Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.
Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.
Область применения титановых сплавов
Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:
- химическая;
- атомная;
- криогенная;
- судостроительная;
- протезирование.
Бронза
Оловянистые бронзы хорошо отливаются в формы. Из них делают различную арматуру, подшипники, антифрикционные детали, а также художественные литые изделия, памятники и т. д.
Наряду с железом, сталью и медью в промышленности и быту широко используется цинк. Сотни тысяч тонн этого металла ежегодно идут на покрытие для защиты от коррозии стальных труб, контейнеров, кровельного железа. Во влажном воздухе цинк, подобно меди, покрывается пленкой, предохраняющей нижние слои от коррозии.
Технические характеристики углеродистой стали 3
Алюминиевые сплавы
Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.
Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.
Алюминиевые сплавы подразделяют на:
-
- Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
- Для литья под давлением (с марганцем).
- Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).
Основные преимущества соединений алюминия:
- Малый удельный вес.
- Долговечность.
- Устойчивость к холоду.
- Хорошая обрабатываемость.
- Электропроводность.
Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.
Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.
Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.
Слитки из алюминиевых сплавов
Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.
Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.
О черных металлах
К данной группе относят железо, а также его сплавы (чугун, ферросплавы). По сути, черные металлы – это сплав железа с углеродом, но помимо этого в составе есть и другие химические элементы, например сера, фосфор, кремний и др.
Если нужно придать сплаву специфические свойства, необходимые для выполнения определенных целей, добавляются легирующие вещества, в качестве которых чаще всего выступает медь, хром или никель. Классифицируются все виды черных металлов по содержанию углерода.
Так, существуют следующие сплавы:
- Чугун – количество углерода колеблется от 2 до 4,3%, в некоторых случаях достигает критической отметки в 5%. Различные химические элементы прямым образом влияют на свойства изделия. Так, сера с фосфором повышают хрупкость, а хромовые и никелевые присадки делают чугун более жаростойким и устойчивым к коррозии.
- Сталь – содержание углерода до 2%. Отличается от чугуна высокой пластичностью, а также высокими технологическими показателями (проще поддается обработке).
Загрузка...
