Assma.ru

Ремонт и стройка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Современные металлические сплавы

Нужно четко понимать, что сплавы металлов в большинстве случаев образуются вообще без участи человека. Дело в том, что получить абсолютно чистый с химической точки зрения материал можно только в лаборатории. В любом металле, который используется в бытовых условиях, наверняка есть следы другого элемента. Классический пример – золотые украшения. В каждом из них есть определенная доля меди. Впрочем, в классическом смысле под этим определением все равно понимают соединение двух и более металлов, которое было целенаправленно получено человеком.

Вся история человека является отличным примером того, как сплавы металлов оказались способны оказать огромное влияние на развитие всей нашей цивилизации. Не случайно есть даже длительный исторический период, который называется «Бронзовый век».

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Подгруппы чёрных видов металлов:

  • Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
  • Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
  • Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
  • Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
  • Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Металлы чёрной группы представлены сплавами железа с разным содержанием углерода и содержанием дополнительных химических элементов: кремнием, серой или фосфором. Популярными материалами выступают сталь и чугун. В стали содержится до 2% углерода. Ей характерна хорошая пластичность и высокие технологические показатели. В чугуне содержание углерода может достигать 5%. Свойства сплава могут отличаться с различными химическими элементами: с содержанием серы и фосфора повышается хрупкость, а с хромом и никелем чугун становится стойким к высоким температурам и коррозии.

Гибкая и легкая сталь

В последние десятилетия сталь как материал для производства стремительно теряла популярность. И это не удивительно, сталь — материал прочный, но при этом очень тяжелый, именно поэтому ее не используют, например, в авиастроении. На первый взгляд решить эту проблему несложно: можно добавить в сплав более легкий алюминий. Эксперименты показали: это и в самом деле значительно уменьшает массу стального сплава, однако материал получается очень хрупким. Такой металл нельзя согнуть — в какой-то момент он просто ломается.

Читать еще:  Как сделать пресс своими руками; 125 фото и видео примеры пошаговой постройки механических и гидравлических прессов

Над решением этой задачи еще с 70-х годов прошлого века бились ученые по всему миру. Сравнительно недавно хорошие новости пришли из Южной Кореи, где был получен новый стальной сплав — легкий и в то же время прочный. Для этого ученые воздействовали на структуру сплава алюминия-стали на наноуровне, а также добавили в него немного никеля. Не приходится сомневаться, что вскоре эта разработка получит повсеместное применение, ведь новый сплав обладает тем же коэффициентом удельной прочности, что и титан, но при этом стоит в десять раз дешевле.

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.

Применение в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей. Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами. Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из смеси золота с 10–30 % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из соединений с 25–30 % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

Свойства металлов и сплавов

Металлы и сплавы отличаются внешним видом (цветом, гладкостью, зернистостью) и свойствами: твердостью и плотностью, пластичностью и прочностью, способностью к окислению и устойчивостью к коррозии, намагничиванием и температурой плавления, тепло- и электропроводностью. Знать о физических, химических, механических и технологических свойствами металлов и сплавов важно потому, что эти особенности становятся определяющими для условий эксплуатации. Например, некоторые металлы почти утрачивают электропроводность при нагревании и демонстрируют сверхпроводимость при замерзании.

Читать еще:  Способы резки металла

Физические характеристики:

  • плотность (концентрация вещества на единицу объема);
  • плавление (переход из твердого состояния в жидкое при поглощении теплоты);
  • тепловое расширение (увеличение объема при нагревании);
  • теплопроводность (скорость нагревания и остывания);
  • электропроводность (способность к проводимости тока).

Химические свойства:

  • окисляемость (реакция с кислородом при воздействии окислителя);
  • устойчивость к коррозии (способность к сопротивлению и восстановлению).

Механические свойства:

  • прочность (устойчивость к разрушению под внешним воздействием);
  • твердость (сопротивляемость к проникновению другого тела);
  • упругость (способность к восстановлению формы и размера после прекращения действия нагрузки);
  • пластичность (под действием нагрузки металл не разрушается, а меняет форму, сохраняющуюся после отмены нагрузки);
  • вязкость (сопротивление металла быстро растущей ударной нагрузке).

Технологические свойства:

  • текучесть (способность растекаться и заполнять форму в расплавленном состоянии);
  • ковкость (изменение формы под воздействием температуры и внешней силы);
  • прокаливаемость (глубина закаливания);
  • свариваемость (способность частей к соединению при нагревании);
  • пригодность к порезке (возможность механической обработки режущими инструментами).

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.

Черные и цветные металлы (сплавы)

В металлопрокате чаще всего используются черные сплавы: спрос на них определяется высокими эксплуатационными качествами.

К группе черных металлов относятся:

  • сталь (может быть углеродистой и легированной):
  • чугун (как обычный, так и легированный, а также ферросплав);
  • прочие сплавы на базе железа.

Цветные металлы состоят из четырёх категорий:

  • благородных (платина,золото, серебро);
  • редких (цирконий, вольфрам, молибден, титан);
  • легких (алюминий, магний);
  • тяжелых (олово, ртуть, свинец, цинк, медь и сплавы: латунь, бронза).

Несмотря на то, что цветные металлы относятся к дорогим и редким, изделия из них эксплуатируются в промышленном секторе. Например, детали из алюминия производятся для аэрокосмической отрасли и машиностроения, пищепрома и медицины.

Свойства твердых сплавов

Основным практически полезными свойствами сплавов данной категории являются высокая твердость, износостойкость и прочность. В некоторых случаях важную роль играет жаропрочность и жаростойкость, а также тугоплавкость.

Читать еще:  Способы защиты металлоконструкций от коррозии

Свойства сплавов изменяются в зависимости от группы, к которой относится тот или иной твердый сплав. Для сплавов ВК большую роль играет размер зерна карбида вольфрама. С уменьшением размера зерна возрастает твердость, но уменьшается прочность при изгибе и вязкость сплава (при одинаковом процентном соотношении карбида вольфрама и кобальта) и наоборот соответственно. Сплавы группы ТК, легированные карбидом титана, обладают лучшей стойкостью против окисления, более высокой твердостью и жаропрочностью по сравнению с группой ВК. Однако, имеют более низкую вязкость, прочность при изгибе, а также тепло- и электропроводность. Одновременное добавление карбидов тантала и титана (группа ТТК) увеличивает прочность сплавов при изгибе по сравнению с группой ТК.

Технологические свойства сплава, а именно, его высокая пластичность позволяют без проблем обрабатывать монель давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Также обладает хорошей свариваемостью. А вот механическую обработку необходимо осуществлять с низкой скоростью резания и подачей вследствие быстрого нагартовывания материала.

МаркаПлотность, г/см 3σИ, МПа, не менееHRA, не менее
ВК614,6-15,0150088,5
ВК814,4-14,8160087,5
ВК1014,2-14,6165087,0
Т30К49,5-9,895092,0
Т15К611,1-11,6115090,0
Т5К1213,1-13,5165087,0
ТТ7К1213,0-13,3165087,0
ТТ8К612,8-13,3125090,5
ТТ20К912,0-13,0130089,0
ТН205,5-6,0110090
КНТ165,6-6,2135089,0

Сплавы драгоценных металлов в ювелирном производстве

Сплавы драгоценных металлов широко используются в ювелирном деле.

Качество драгоценных металлов и их сплавов регулируется Национальным стандартом ГОСТ Р525999-2006 «ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ».

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методам анализа драгоценных металлов (золота, серебра, платины, палладия, родия, иридия, рутения и осмия), в том числе аффинированных, и сплавов на основе драгоценных металлов, а также требования безопасности.

Стандарт распространяется на вновь разрабатываемые и пересматриваемые методики количественного химического анализа (далее — методики анализа), применяемые при контроле качества драгоценных металлов и их сплавов.

При производстве ювелирных изделий, как правило, использу­ют различные сплавы, получаемые путем добавления к драгоценным металлам в определенных пропорциях других металлов, называемых легирующими. Легирующими могут быть как драгоценные, так и не­драгоценные металлы, но полученные сплавы всегда считаются дра­гоценными. Обычно название сплава определяется названием основ­ного драгоценного (благородного) металла (например, сплав золота, серебра, платины или палладия).

С помощью легирования драгоценных металлов сплавам можно придавать различные свойства, например необходимую твердость, пластичность, литейные качества, цвет, температуру плавления и т. д. Число ювелирных сплавов велико, и по мере введения новых технологий в производство ювелирных изделий создаются новые сплавы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector