Металлы и сплавы в современной технике Сплавы

Металлы и сплавы в современной технике.

Сплавы — это системы из двух или более металлов, а также металлов и неметаллов. Основой сплавов служат такие металлы как железо, медь, алюминий, магний, титан. Из неметаллов важными компонентами являются углерод, бор, кремний и др. Примеси металлов затрудняют перемещение свободных электронов в результате чего снижается электропроводность металлов. Сплавы бывают твердые и мягкие, тугоплавкие, легкоплавкие, жаростойкие, кислотостойкие, стойкие к действию щелочей.

Современная техника использует более 5000 сплавов. Особенно выделяются алюминиевые сплавы: 1) дюралюминий (от французского слова dur — твердый и aluminium — твердый алюминий). Дюралюминий в своем составе могут содержать: а) 1, 4 -13% Cu; б) 0, 4 -2, 8% Mg; в) 0, 2 -1% Mn; г) 5 -7% Zn; д) 0, 8 -1, 8% Fe; е) 0, 02 -0, 35% Ti, иногда 0, 56% Si. Дюралюминий прочные и легкие, теплопроводные, коррозионно устойчивы используют в авиастроении для изготовления деталей турбореактивных двигателей; 2) магналии — сплавы алюминия с большим содержанием магния (5 -13%), Mn (0, 2 -1, 6%), Ni (1, 75 -2, 25%), Be (до 0, 15%), Ti (до 0, 2%), Zr (0, 2%) иногда Zn (3, 54, 5%). Магналий отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже в морской воде, устойчивы к кислотам. Применяют для изготовления арматуры строительных сооружений, деталей холодильных установок, декоративных бытовых предметов, в авиа-, судо- и машиностроении; 3) силумины — сплавы на основе алюминия с высоким содержанием Si. В состав силуминов входят: Si (3 -26%), Cu (1 -4%), Mg (0, 2 -1, 5%), Mn (0, 2 -0, 9%), Ni (0, 8 2%) иногда Zn (2 -4%), Cr (0, 1 -0, 4%), Ti (0, 05 -1, 5%) и др. Силумины используют в авиастроении, вагоностроении, автомобилестроении, строительстве сельскохозяйственных машин, детали колес, корпусов и деталей приборов; 4) САП — сплав Al и Al 2 O 3 (20 -22%) обладает повышенной устойчивостью к окислению, неизменный там, где температура эксплуатации превышает 400 ° C.

В современной металлургии получают более 60 металлов, на основе которых – 5000 сплавов. Основой структуры металлов является металлическая связь (кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный газ подвижных электронов). Она обуславливает физические свойства металлов: пластичность, электропроводность, теплопроводность, металлический блеск. Пластичность – способность металлов изменять форму, уменьшается в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn. Fe.

В расплавленном состоянии большая часть металлов при растворении друг в друге образуют однородный жидкий сплав. Но, кристаллизуясь, ведут себя поразному. В твердом состоянии металлы не растворяются и не взаимодействуют друг с другом. Сплав представлен механической смесью из кристаллитов компонентов. Металлы сплавляемые вступают в реакцию друг с другом, образуя новое химическое соединение. Твердый раствор – образование однородных кристаллов в результате сохранения растворимости металлов друге. Сталь – сплав железа и углерода, имеющий примеси марганца, кремния, серы и фосфора.

Высокая электропроводность металлов связана с наличием свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положительному. Лучший проводник электричества – серебро, за ним идут медь, золото, алюминий, железо. Самый легкий металл – литий (плотность 0, 53 г/см 3), самый тяжелый – осмий (22, 6 г/см 3). Легкие металлы – металлы с плотностью меньше 5 г/см 3. Тяжелые металлы – металлы с плотностью больше 5 г/см 3. Сильно разнятся температуры плавления металлов. Металлы различаются по твердости. Прочность металлической связи влияет на прочность, температуру плавления и твердость металлов.

Сплавы – системы, в состав которых входят два или более металлов, реже могут входить неметаллы (углерод, кремний, бор). Все сплавы на основе железа (чугун, сталь), в том числе и само железо называют черными металлами. Все остальные – цветные металлы (дуралюмин, латунь). Компоненты, входящие в состав сплава: 1) механическая смесь (между простыми веществами без взаимодействия); 2) химические соединения (вещества в сплаве, вступающие во взаимодействие); 3) твердые растворы (вещества взаиморастворяющиеся); 4) промежуточные соединения.

Сплавы известны человеку с глубокой древности. Уже тогда было замечено, что при сплавлении разных металлов получают соединения, отличающиеся свойствами от исходных веществ. Так, медь и олово образуют бронзу (90% Си, 10% Sn), твердость которой значительно выше, чем твердость просто меди и олова. В технике используют более 5000 сплавов, но самое большое значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. Железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы) называют черными металлами, остальные же металлы и их сплавы — цветными.