Понятие о сплавах. Чугун и сталь
Поскольку различные
металлы имеют подобный металлическая связь и образуют подобные кристаллические
решетки, то при переходе в расплавленное состояние они могут смешиваться друг с
другом, образуя сплавы. В расплавленных металлах могут растворяться также некоторые
неметаллы и сложные вещества. Сплав - это система, которая состоит
по крайней мере из двух компонентов, из которых хотя бы один является металлом.
Сплавы имеют
более разнообразные свойства в сравнении с металлами, поэтому в промышленности
редко используют чистые металлы. В большинстве случаев для изготовления
деталей различных машин и приборов применяют сплавы. Так медь, олово, цинк -
мягкие металлы, а сплав на их основе - бронза - очень твердый. Поэтому
бронза с давних времен используется человеком для изготовления оружия,
сельскохозяйственных орудий труда и других изделий, требующих повышенной
твердости. Сплавы являются основными конструкционными материалами. Их
самые разнообразные свойства - жаростойкость, коррозионная стойкость,
прочность, твердость и т.д обуславливают широкое применение сплавов в технике.
Сплавы проявляют
общие свойства металлов: металлический блеск, высокие электропроводность и
теплопроводность. Но свойства сплавов отличаются от свойств их
компонентов. Твердость
сплавов больше твердость металлов, которые входят в их состав. Вот почему
при изготовлении золотых ювелирных изделий для прочности добавляют медь или
серебро. Плотность сплава равна средней плотности металлов, входящих в его
состав. Температура плавления сплава, как правило, меньше температуру
плавления наиболее легкоплавкого компонента. Например, сплав, состоящий из
36 % свинца (tпл = 327 C) и 64 % олова (tпл
= 232 C) плавится при температуре 181 C.
Теплопроводность и электропроводность сплавов меньше, чем у отдельных металлов. При
смешивании металлов часто происходит изменение цвета, например, сплав меди с
никелем, который используют при чеканке монет имеет белый цвет. В наше время
создаются сплавы с заранее заданными необходимыми свойствами.
По своей
внутренний кристаллической структуре сплавы бывают разными растворами, смесями
или соединениями. Если атомы одного металла замещают атомы другого в узлах
кристаллической решетки, то образуются твердые
растворы. Это возможно, если размеры отдельных атомов металлов были близки, а типы
кристаллических решеток совпадают. Примером такого сплава является мельхиор - сплав меди и никеля. Механические
смеси состоят из кристаллов металлов. Если при сплавлении металлы взаимодействуют
друг с другом, то образуются інтерметалічні соединения. Большинство сплавов по своей
структуре неоднородны, некоторые сплавы являются однородными (например, латунь - сплав меди и цинка).
Различают черные
и цветные сплавы. Черными сплавами называют сплавы на основе железа. К ним
относятся чугун и сталь. Чугуном называют сплав железа с углеродом с массовой долей
углерода более 1,7 %. Чаще всего чугун содержит от 2,6 % до 3,6 %
углерода. Кроме углерода, в чугуне является кремний, марганец, сера, фосфор и другие
компоненты. Чугун - твердый и хрупкий материал. Его широко
применяют в машиностроении для изготовления различных деталей. Сталь
содержит менее чем 1,7 % углерода. В отличие от чугуна сталь ковка. По
назначению различают машиностроительную (конструкционную) и инструментальную
стали. Нержавеющая сталь устойчива против коррозии. Сталь и чугун являются самыми важными
сплавы современной техники. Объемы производства этих железоуглеродистых сплавов
превышают производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять
раз.
Алюминиевые сплавы
легкие, имеют высокие электро - и теплопроводность, коррозионную стойкость, прочность.
Их применяют как конструкционные материалы в авиации, строительстве,
машиностроении, электротехнике. Сплавам на основе магния присущи легкость,
прочность, коррозийная стойкость, поэтому их используют в автомобилестроении,
для изготовления штампованных изделий сложной формы. Титановые сплавы
применяют в авиации, ракетостроении для изготовления химической аппаратуры, а
также в медицине. Медные сплавы прочные, имеют высокую электропроводность,
коррозионную стойкость, пластичность. Из них изготовляют трубы, разнообразные
аппараты и детали, художественные изделия и скульптуры.
В ХХІ веке
металлы и сплавы остаются самыми распространенными материалами, которые применяют в
различных отраслях.