Самые распространенные сплавы металлов
Здравствуйте, друзья! Сегодня я предлагаю рассмотреть некоторые металлы и их сплавы. Постараемся в этой статье охватить все возможности и характеристики металлов и выделим основные их достоинства и качества.
Металлы и их сплавы
Железо
Железо не считается древним открытием человека. Его начали производить только в 13 веке до нашей эры. Постепенно оно заслуживало все больше значения не только в производстве, но и в деле постройки дома, и др. различных строений. Без железа и изделий из него, сейчас трудно представить любую хозяйственную и строительную деятельность, хотя справедливости ради надо заметить, что прогресс не стоит на месте, и все чаще железо заменяется различными видами пластика. Но как бы там не было, есть случаи когда его не заменит ничто. Хотя как знать, прогресс такая штука…
Итак, обычно в работах по металлу применяется не чистое железо, а сплавы – чугун или сталь.
Сплав железа с углеродом
Определение марки стали по искре
Чугун почти не поддается обработке (и уж тем более сверлению), отличается высокой хрупкостью. Применение чугуна весьма ограничено (чаще его используют при литье, всем например известны старые, «добрые» чугунные отопительные батареи).
Сплав железа с содержанием менее 2% углерода – это сталь. Она различается по количеству содержания в себе углерода.
Малоуглеродистый сорт стали (углерод не превышает 0,3%) больше годится для чеканки или ковки вручную, поэтому её ещё называют поделочной. Этот сорт стали превосходно поддается сварке и соответствует высокой стадии ковкости. Плохо поддается закаливанию лишь особо низкоуглеродистая сталь (меньше 0,1% углерода).
Средне-углеродистый сорт стали (сочетает до 0,85% углерода) применяется для производства большинства метало-изделий. Т.н. конструкционная сталь. Отлично поддается закаливанию и ковке, но очень плохо поддаются сварке.
Высоко-углеродистая сталь (сочетание углерода достигает до 1,35%) является самой твердой, и применяется для производства частей механизмов и инструментов, подверженных высокому износу. Эта сталь практически не куется и плохо поддается сварке.
Сталь для разных поделок выпускается в виде заготовок, на производствах. Но выгоднее использовать ее детали, которые пришли в негодность. Чтобы узнать к какому сорту стали относится деталь, есть много различных методов определения.
К примеру, если надпилить напильником стальную деталь, раскалить её до красна и резко остудить в воде. И если при повторном надпиливании, чувствуется легкость – это малоуглеродистая сталь. При затруднении – проценту углерода больше. Можно определить сорт стали и по искрам от наждачного круга. Но это сможет определить уже достаточный специалист.
Существуют специальные таблицы по которым довольно точно можно узнать марку, и даже содержание добавок в стали.
Профили металлов, металлосырье
Листовой металл делится на тонко-листовой и толсто-листовой.
Края листового металла лучше всего обработать стругом, полученным из использованного ножовочного полотна. Абразивным трехгранным бруском вытачиваем в полотне угловой вырез – струг готов.
Стальные трубы производятся бесшовными (цельнотянутые) или сварные (внахлестку). Первые известны как газовые или паровые трубы.
Удобнее всего резать жестяную трубу – консервным ножом. Заход делаем обычной ножовкой.
Трубы из чугуна обычно используются в водо-канализационных системах.
Проволока имеет три (основные) и более видов сечений — квадратное, круглое или прямоугольное. Ее поверхность может быть омедненная, луженая, оцинкованная или неизолированная. Также может быть упругой либо мягкой.
Стержни производятся круглого, шестигранного, квадратного или плоского сечения.
Искусство самостоятельного приготовления легких сплавов могут стать очень полезным. Самое главное не допустить перегрева металла.
Металлы и сплавы
Самые распространенные виды металлов и сплавов являются: —медь, бронза, латунь, алюминий, цинк, свинец, олово, хром, никель, нейзильбер и мельхиор.
Легкие сплавы
Для поделок как правило используется чистая медь (то есть красная), или различные легкие сплавы.
Красная медь особо подходит для чеканки, она очень ковкая, легко обрабатывается различными хим. веществами, для получения разных оттенков цвета. Кроме того она прекрасно шлифуется и полируется, характеризуется высоким сопротивлением к коррозии.
Минусом же красной меди является её плохая свариваемость (необходимы особые электроды для сварки) и быстрое окисление на открытых воздушных массах, отчего её первоначальный блеск теряется.
Медные заготовки (пруты)
Бронзу получают при сплавлении олова с медью. Заготовки из нее более твердые и прочные, чем из самой меди. Бронза отлично годится для литья и ковки. Готового сплава бронзы, вы вряд ли найдете в продаже. Поэтому мастера чаще производят ее сами.
Листы бронзы и латуни в рулонах
Латунь – есть сплав меди и цинка. В кузнечных делах её используют с отдельными легирующими элементами: алюминием, никелем, свинцом и т. п.
Латунь лучше полируется и режется, нежели красная медь. Она прекрасно покрывается золотом, серебром, никелем. Но латунь в пластичности уступает меди.
Алюминий – легкий, мягкий металл светло-серебристого цвета. Его плотность в три раза ниже чем у стали. Алюминий, а в частности его сплавы (высокопрочный конструкционный, технический деформированный, дюралюминий и пр.), которые широко используются в легкой промышленности, отлично обрабатываются в обычных условиях.
Цинк имеет серебристо-голубой оттенок. При воздействии с кислородом покрывается матовой пленкой, она предохраняет металл от коррозии. Цинк очень полезен для защиты различных черных металлов от коррозии, и в этом он чаще всего применяется (т.н. «оцинковка» — например всем известные водосточные трубы, оцинкованный металл автомобилей, и т.д.).
Цинк в чушках
Свинец – мягок, пластичен и в то же время тяжелый металл. Устойчив к воздействию кислот. Как правило используется для производства легкоплавких припоев, и в электрохимической промышленности.
Олово – пластичный и мягкий металл светло-серебристого цвета. Используется для образования антикоррозийных покрытий. Устойчив к пищевым кислотам и потому широко используется при изготовлении крышек, консервных банок и пр.
Хром – металл светло-синего цвета. Обладает превосходными антикоррозийными свойствами и высокой твердостью. Эффективность изделий из стали или чугуна покрытых хромом, существенно возрастает.
Никель – светло-серебристый металл. Но в отличие от хрома имеет нежный желтоватый оттенок. Более устойчив к воздействиям агрессивных сред. Как и хром имеет широкое использование для защиты декоративных покрытий металлов – так называемая никелировка.
Нейзильбер и мельхиор образуется путем сплавления меди и никеля. Присутствия меди в них достаточно высоко – 82% и 66% соответственно. Из-за этого они отличаются хорошей пластичностью.
Во время обработки уксусного свинца и гипосульфата натрия, дают разные оттенки. Поверхности данных металлов прекрасно полируются и несут ряд других важных особенностей.
На этом заканчиваю статью про металлы и их сплавы.
В дальнейшем предлагаю рассмотреть также свойства и строение древесины. До новых встреч.
Самые популярные сплавы металлов
В производственных процессах металлы в первозданном виде используются довольно редко. Для улучшения физико-химических свойств в их состав добавляют другие элементы. Но кроме добавок, существует большое количество сплавов – металлических материалов которые состоят из двух и более химических элементов.
Всего в промышленности и народном хозяйстве применяется более 5 000 различных сплавов. Сплавы являются основными конструкционными материалами. В промышленности наибольшее распространение получили сплавы на основе железа и алюминия.
По способу производства различают порошковые и литые сплавы. Литой сплав получается путем смешивания компонентов в жидком состоянии с последующей кристаллизацией. А компоненты порошкового сплава сначала смешивают, а потом запекают полученную смесь при высокой температуре.
Также сплавы разделяются на черные и цветные. Черные сплавы – это сплавы, в которых основным компонентом является железо. Наиболее востребованные черные сплавы – сталь и чугун. Оба эти сплава имеют два основных компонента – железо и углерод, но в стали содержится углерода намного меньше. Чугун более дешевый в производстве материал, к тому же довольно хрупкий, и применяется он в основном для изготовления изделий, не требующих пластичной обработки. Сталь напротив, отлично плавится, и поэтому получила более широкое распространение в промышленности. Кроме этого, благодаря легированию сталей, удалось значительно улучшить их эксплуатационные свойства. Сейчас сталь – наиболее востребованный в промышленности сплав.
Также очень распространены конструкционные сплавы на основе алюминия. Самым известным из них является дюралюминий. Этот сплав помимо основного элемента – алюминия, включает в себя медь, магний и марганец. Долевая часть всех этих компонентов не превышает 7%. Благодаря своей высокой прочности и малому весу, дюралюминий получил широкое применение в авиационной промышленности, ракетостроении и машиностроении.
Из цветных сплавов, помимо дюралюминия необходимо выделить бронзу и латунь. Бронза – самый первый сплав, который стал известен человечеству. Этот материал состоит из меди и олова. Олово здесь выступает в качестве легирующего элемента. Изобретение бронзы в корне изменило жизнь человечества, ведь на смену медному веку – пришел бронзовый. И на протяжении нескольких тысяч лет, бронза была самым востребованным материалом. После открытия стали, бронза утратила свое доминирующее значение. Сейчас этот сплав применяется в приборостроении, машиностроении и для изготовления предметов повседневного обихода.
Еще один известный сплав на основе меди – латунь. Только в качестве легирующего элемента здесь выступает цинк. Латунь долгое время использовалась в качестве заменителя золота, а сейчас широко применяется в приборостроении. Из латуни изготавливают различные детали химической аппаратуры, самолетов, судов, автомобилей.
Кроме вышеперечисленных широко применяются еще несколько сплавов. Для производства корпусов подшипника используются баббиты – сплавы свинца и олова. Для производства украшений и предметов домашнего обихода применяется мельхиор – сплав меди и никеля. Для изготовления режущих инструментов применяют сплав карбида вольфрама и кобальта – победит.
Сплавы металлов
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:
- литые;
- порошковые;
- технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
- однородность структуры:
- гомогенные;
- гетерогенные;
Виды сплавов по их основе
- черные (железо);
- цветные (цветные металлы);
- редких металлов (радиоактивные элементы);
- двойные;
- тройные;
- и так далее;
- тугоплавкие;
- легкоплавкие;
- высокопрочные;
- жаропрочные;
- твердые;
- антифрикционные;
- коррозионностойкие и др.;
- 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:
- 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.
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.
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.
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.
Титановые сплавы
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]()
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.
Твердые сплавы
Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 о С.
В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.
Сплавы
Люди с древности добывают и используют металлы. Эти химические элементы оказались важными и полезными для нашего развития, позволили создавать всё более совершенные орудия труда, стали двигателем научно-технического прогресса. Недаром эпохи развития человечества названы по именам металлов (Бронзовый Век, Железный Век).
Однако ни одно изделие, которое человек использует сегодня, не состоит из металла на сто процентов. Обычно металлы переплавляют, в ходе чего происходит их смешение и образование сплавов.
Сплавы – это материалы с металлической кристаллической решёткой, полученные целенаправленно. Сплавы имеют особенности, полезные для человека, и состоят из нескольких (двух или более) компонентов, один из которых – металл.
![]()
Именно эти свойства, характерные для сплавов, но нехарактерные для чистых металлов, из которых они состоят, являются важными для человека и позволяют создавать более совершенные предметы и изделия для упрощения производственных процессов и применения в быту. Наиболее существенное для сплавов свойство – прочность, соответственно, изделия, созданные из сплавов, изнашиваются реже и позволяют оптимизировать все процессы, в которых участвуют.
Например, нержавеющая сталь – это сплав, который обладает высокой коррозийной стойкостью и жаропрочностью, поэтому сегодня изделия, сделанные из «нержавейки», более популярные и более дорогие. Нержавеющая сталь нередко применяется для изготовления посуды (например, кастрюль). Очевидно, что такая кастрюля прослужит намного дольше и окажется значительно удобнее в применении.
Состав сплава
Как мы уже поняли из определения, основу сплава составляет некоторый металл. Компонентами сплавов могут выступать также неметаллы и соединения. В процессе производства сплавов из них удаляют природные, технологические и случайные примеси.
Сплавы систематизируют по состоянию компонентов. Они бывают:
- Однородными: при плавлении один металл как бы растворяется в другом (к ним относятся олово, серебро и золото).
- Неоднородными: представляют собой механическую смесь (к таким сплавам относится, например, чугун).
Сплавы также классифицируют по металлам, которые лежат в основе их состава. К примеру, выделяют медные, алюминиевые, титановые и прочие.
В металлургии принято разделять сплавы на две группы:
- Чёрные металлы (к ним относятся все сплавы железа, подавляющее большинство чёрных металлов содержит углерод).
- Цветные металлы (к этой группе относят все остальные металлы).
Рассмотрим наиболее распространённые примеры сплавов, их составы и свойства.
Чугун
Чугун – это сплав на основе железа, который содержит до 4,5% углерода. В его состав также входят марганец, кремний, фосфор и сера. Этот сплав значительно твёрже железа. При этом он более хрупкий, при ударе чугун легко разбить.
![]()
В быту вы могли сталкиваться с чугунными ванными. Несмотря на то что сегодня существует множество вариантов сантехнических изделий, созданных из самых разнообразных материалов и обладающих специфическими характеристиками, чугунные ванны остаются несменной классикой. Дело в том, что из-за состава такие изделия не трескаются от перепадов температур, не деформируются, а также хорошо противостоят механическим воздействиям. Благодаря этим свойствам такая ванна может прослужить не один десяток лет.
Из чугуна также производят радиаторы, а в Англии даже сохранились чугунные мосты.
Существует два основных вида чугуна:
- Серый чугун. Это достаточно мягкий и поддающийся механической обработке материал, который применяют для производства литых деталей;
- Белый чугун. Этот вид чугуна твёрдый и хрупкий. Именно он используется для переработки в сталь.
Сталь
Сталь – это тоже сплав на основе железа, который содержит до 2% углерода. Разделяют два основных вида стали:
- Углеродистая. Это сплав железа главным образом с углеродом. В зависимости от количества углерода углеродистые стали разделяют ещё на три подвида: мягкие, средней твёрдости и твёрдые. Из углеродистой стали производят детали для автомобилей, трубы, гвозди, скрепки, инструменты и посуду;
![]()
Наибольшее значение для развития металлургии имели исследования Д.К.Чернова и П.П.Аносова.
Д. К. Чернов (1839–1921)
Д.К.Чернов был русским учёным в области металлургии. Он стал основоположником науки металловедения, разрабатывал оптимальные условия для термической обработки и отливки стали. Благодаря Д.К.Чернову произошли серьёзные изменения в военной промышленности: бронзовые орудия заменились стальными.
П. П. Аносов (1799–1851)
П. П. Аносов являлся металлургом и горным инженером. Он стал первым учёным, применившим микроскоп для детального изучения строения стали. Также П. П. Аносов изобрёл новый способ закалки стальных изделий в струе сжатого воздуха.
Цветные сплавы
Цветные сплавы и металлы, из которых эти сплавы получают, имеют множество полезных и ценных качеств. Обычно они пластичные, обладают высокой тепло- и электропроводностью, вязкостью. Благодаря таким свойствам цветным металлам и сплавам находят применение в авиационной, радиотехнической и электротехнической промышленности.
«Лидером» среди цветных металлов является алюминий. Несмотря на то что он не отличается специфическими механическими свойствами, сплавы алюминия обладают высокой прочностью, легко прессуются и прокатываются. Важнейшее свойство алюминия – устойчивость к коррозии. При взаимодействии с кислородом поверхность алюминия покрывается оксидной плёнкой, которая осуществляет защитную функцию и помогает изделию из алюминия не разрушаться от ржавчины.
Коррозийная стойкость – одно из важнейших свойств сплавов. Изделие, покрываясь ржавчиной, приходит в негодность, разрушается. Коррозия является большой проблемой для производств, ведь если станок начал ржаветь, его необходимо менять, а смена оборудования стоит дорого. Поэтому производители отдают предпочтение оборудованию, сделанному из сплавов. Оно служит значительно дольше, а его содержание обходится дешевле.
Из цветных сплавов также большое значение имеют латунь, бронза, мельхиор и дюралюминий.
Латунь – это сплав из меди, включающий в себя до 50% цинка. Её применяют для изготовления фурнитуры для мебели, а также в моторостроении.
Бронза – это также сплав на основе меди, который на четверть состоит из олова. Она применяется для изготовления подшипников, поршневых колец, арматуры и клапанов.
Мельхиор – это сплав, который содержит медь и никель в соотношении 4:1 соответственно. Внешне мельхиор напоминает серебро. Этот сплав применяют для производства столовых приборов.
Дюралюминий – это сплав, основу которого составляет алюминий. Также дюралюминий содержит магний, медь, никель и марганец и применяется в самолётостроении и машиностроении.
Читайте также:
