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 (t_пл = 327 C) и 64 % олова (t_пл = 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.