Что означает легированный металл


описание, список и особенности применения

Развитие отождествляется с совершенствованием. Улучшение промышленных и бытовых возможностей осуществляется с помощью использования материалов с прогрессивными характеристиками. Это, в частности, легированные металлы. Их разнообразие определяется возможностями коррекции количественного и качественного состава легирующих элементов.

Природно-легированная сталь

Первое выплавленное железо, которое по своим свойствам отличалось от сородичей, было природно-легированным. В выплавляемом доисторическом метеоритном железе содержалось повышенное количество никеля. Его находили в древнеегипетских захоронениях 4-5 тысячелетий до н. э., из такого же сооружен памятник архитектуры Кутаб Минар в Дели (V век). Японские булатные мечи изготавливались из железа, насыщенного молибденом, а дамасская сталь содержала вольфрам, характерный для современной быстрорежущей. Это были металлы, руда для которых добывалась из определенных мест.

Сплавы современного производства могут содержать природные компоненты металлического и неметаллического происхождения, которые отражаются на их характеристиках и свойствах.

Исторический путь

Фундамент для развития легирования был заложен обоснованием тигельного способа плавления стали в Европе в XVIII веке. В более примитивном варианте тигли использовались еще в древние времена, в том числе для выплавки булатной и дамасской стали. В начале 18 века эта технология получила совершенствование в промышленных масштабах и позволяла корректировать состав и качество исходного материала.

  • Одновременное открытие все новых и новых химических элементов, подталкивало исследователей на экспериментальные опыты выплавки.
  • Установлено негативное влияние меди на качество стали.
  • Открыта латунь, содержащая 6 % железа.

Проводились опыты с точки зрения качественного и количественного влияния на стальной сплав вольфрама, марганца, титана, молибдена, кобальта, хрома, платины, никеля, алюминия и прочих.

Первое промышленное производство стали, легированной марганцем, налажено в начале XIX века. Оно же получило развитие с 1856 года в рамках бессемеровского процесса выплавки.

Особенности легирования

Современные возможности позволяют выплавлять легированные металлы любого состава. Основные принципы рассматриваемой технологии:

  1. Компоненты считаются легирующими только в том случае, если они вводятся целенаправленно и содержание каждого превышает 1 %.
  2. Сера, водород, фосфор считаются примесями. В качестве неметаллических включений используются бор, азот, кремний, редко – фосфор.
  3. Объемное легирование – это введение компонентов в расплавленную субстанцию в рамках металлургического производства. Поверхностное представляет собой способ диффузионного насыщения поверхностного слоя необходимыми химическими элементами под действием высоких температур.
  4. В ходе процесса добавки изменяют кристаллическую структуру «дочернего» материала. Они могут создавать растворы проникновения или исключения, а также размещаться на границах металлической и неметаллической структур, создавая механическую смесь зерен. Большую роль тут играет степень растворимости элементов друг в друге.

Легирующие компоненты

Согласно общей классификации, все металлы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо, хром и марганец. Цветные делятся на легкие (алюминий, магний, калий), тяжелые (никель, цинк, медь), благородные (платина, серебро, золото), тугоплавкие (вольфрам, молибден, ванадий, титан), легкие, редкоземельные и радиоактивные. К легирующим металлам относится значительное разнообразие легких, тяжелых, благородных и тугоплавких цветных, а также все черные.

В зависимости от соотношения этих элементов и основной массеы сплава последние делятся на низколегированные (3 %), среднелегированные (3-10 %) и высоколегированные (более 10 %).

Легированные стали

Технологически процесс не вызывает сложностей. Ассортимент очень широк. Основные цели для сталей следующие:

  • Повышение прочности.
  • Улучшение результатов термической обработки.
  • Увеличение коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности, теплостойкости, устойчивости к агрессивным условиям работы, срока службы.

Основные составляющие – черные легирующие и тугоплавкие металлы, к которым относятся Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, а также цветные Al, Ni, Cu.

Хром и никель – главные компоненты, определяющие нержавеющую сталь (Х18Н9Т), а также жаропрочную, условия работы которой характеризуются высокими температурами и ударными нагрузками (15Х5). В количестве до 1,5% используются для подшипников и деталей трения (15ХФ, ШХ15СГ)

Марганец – основополагающая составляющая износостойких сталей (110Г13Л). В небольших количествах способствует раскислению, снижению концентрации фосфора и серы.

Силиций и ванадий – элементы, которые в определенном количестве повышают упругость и используются для изготовления пружин и рессор (55С2, 50ХФА).

Алюминий применим для железа с большим электрическим сопротивлением (Х13Ю4).

Значительное содержание вольфрама характерно для быстрорежущих устойчивых инструментальных сталей (Р9, Р18К5Ф2). Легированное сверло по металлу из такого материала намного более производительное и стойкое к срабатыванию, чем тот же инструмент из углеродистой стали.

Легированные стали вошли в повседневное использование. Одновременно известны так называемые сплавы с удивительными свойствами, полученные также методами легирования. Так «деревянная сталь» содержит 1 % хрома и 35 % никеля, что определяет ее высокую теплопроводность, характерную для дерева. Алмазная же включает 1,5 % углерода, 0,5 % хрома и 5 % вольфрама, что характеризует ее как особо твердую, сродни алмазу.

Легирование чугуна

Чугуны отличаются от сталей значительным содержанием углерода (от 2,14 до 6,67 %), высокой твердостью и коррозионной стойкостью, однако незначительной прочностью. С целью расширения диапазона показательных свойств и сфер применения, его легируют хромом, марганцем, алюминием, силицием, никелем, медью, вольфрамом, ванадием.

В связи с особыми характеристиками данного железоуглеродистого материала, его легирование – более сложный процесс, чем для стали. Каждый из компонентов влияет на преобразование форм карбона в нем. Так марганец способствует формированию «правильного» графита, что повышает прочность. Введение других же имеет следствием переход углерода в свободное состояние, отбеливание чугуна и снижение его механических свойств.

Технология усложняется невысокой температурой плавления (в среднем, до 1000 ˚С), тогда как для большинства легирующих элементов она значительно превышает этот уровень.

Наиболее эффективно для чугунов комплексное легирование. Одновременно, следует учитывать повышение вероятности ликвации таких отливок, риска трещинообразования, дефектов литья. Осуществлять технологический процесс более рационально в электромагнитных и индукционных печах. Обязательным последовательным этапом является качественная термообработка.

Хромистые чугуны характеризуются высокой износостойкостью, прочностью, жаростойкостью, устойчивостью к старению и коррозии (ЧХ3, ЧХ16). Применяются в химическом машиностроении и в производстве металлургического оборудования.

Чугуны, легированные кремнием, отличаются высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к влиянию агрессивных химических соединений, хотя и удовлетворительными механическими свойствами (ЧС13, ЧС17). Формируют детали химической аппаратуры, трубопроводов и насосов.

Примером высокопродуктивного комплексного легирования являются жаропрочные чугуны. Они содержат в своем составе черные и легирующие металлы, такие как хром, марганец, никель. Для них характерна высокая стойкость к коррозии, износостойкость и устойчивость к высоким нагрузкам в условиях высокотемпературных воздействий – детали турбин, насосов, двигателей, аппаратуры химической промышленности (ЧН15Д3Ш, ЧН19Х3Ш).

Важным компонентом является медь, которая задействована в комплексе с другими металлами, при этом повышает литейные характеристики сплава.

Легированная медь

Используется в чистом виде и в составе медных сплавов, которые имеют широкое разнообразие в зависимости от соотношения основных и легирующих элементов: латуни, бронзы, мельхиоры, нельзийберы и другие.

Чистая латунь – сплав с цинком – не легируется. Если в ее состав входят легирующие цветные металлы в определенном количестве – она считается многокомпонентной. Бронзы – это сплавы с другими металлическими составляющими, могут быть оловянными и не содержащими олова, легируются во всех случаях. Улучшение их качества осуществляется с помощью Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Содержание кремния в медных соединениях повышает их коррозионную стойкость, прочность и упругость; олово и свинец – определяют антифрикционные качества и позитивные характеристики относительно обрабатываемости резанием; никель и марганец – составляющие, так называемых, деформируемых сплавов, которые также положительно влияют на устойчивость к коррозии; железо улучшает механические свойства, а цинк – технологические.

Применяются в электротехнике, как основное сырье для изготовления разнообразных проводов, материал для изготовления ответственных деталей для химического оборудования, в машиностроении и приборостроении, в трубопроводах и теплообменниках.

Легирование алюминия

Используется в виде деформируемых или литейных сплавов. Легированные металлы его основе представляют собой соединения с медью, марганцем или магнием (дуралюмины и другие), последние – соединения с силицием, так называемые силумины, при этом все их возможные варианты легируются с помощью Cr, Mg, Zn, Co, Cu, Si.

Медь повышает его пластичность; кремний – текучесть и качественные литейные свойства; хром, марганец, магний – улучшают прочность, технологические свойства обрабатываемости давлением и коррозионную стойкость. Также в качестве легирующих компонентов, способствующих устойчивости к старению и к агрессивным условиям работы, могут приниматься B, Pb, Zr, Ti, Bi.

Железо – нежелательный компонент, однако в небольших количествах применяется для производства алюминиевой фольги. Силумины используются для литья ответственных деталей и корпусов в машиностроении. Дуралюмины и штамповочные сплавы на основе алюминия – важное сырье для изготовления корпусных элементов, в том числе силовых конструкций, в авиастроении, судостроении и машиностроении.

Легированные металлы задействованы во всех сферах промышленности как те, которые имеют повышенные механические и технологические характеристики, в сравнении с исходным материалом. Ассортимент легирующих элементов и возможности современных технологий позволяют производить разнообразные модификации, расширяющие возможности в науке и технике.

Что такое легированный металл? - A Plus Topper

Что такое легированный металл?

  1. Сплав представляет собой смесь двух или более элементов с определенным фиксированным составом, в котором основным компонентом должен быть металл .
  2. В процессе изготовления сплавов в расплавленный металл добавляются один или несколько посторонних элементов. Таким образом, позиции некоторых атомов металла заменяются атомами постороннего металла, которые могут быть больше или меньше.
  3. Эти инородных атомов разного размера нарушают упорядоченное расположение металлов.Таким образом улучшаются свойства чистого металла.
  4. Сплавы прочнее, тверже, устойчивее к коррозии, имеют лучшую отделку и более блестящие, чем их чистый металл.
  5. Большинство сплавов представляют собой смесь металлов. Некоторые сплавы могут содержать смесь металла и неметалла.
    Пример:
    (a) Латунь представляет собой смесь меди и цинка.
    (b) Сталь представляет собой смесь железа и углерода.
    (c) Нержавеющая сталь представляет собой смесь железа, углерода и хрома.
  6. Изменяя процентный состав металлов, можно изменять свойства получаемого сплава.

Зачем производятся сплавы?

Цели изготовления сплавов:

Три цели производства сплава:
(a) Повышение прочности и твердости чистого металла
(b) Повышение коррозионной стойкости чистого металла
( в) Для улучшения внешнего вида чистого металла

  1. Для повышения прочности и твердости чистого металла.
    (a) Во время легирования небольшое количество атомов другого элемента добавляется к расплавленному чистому металлу.Когда сплав становится твердым, позиции одного атома чистого металла заменяются атомами другого элемента других размеров.
    (b) Присутствие этих посторонних атомов разного размера нарушает упорядоченное расположение атомов в чистом металле.
    (c) Это уменьшает скольжение слоев атомов друг по другу и делает сплавы более твердыми и прочными, чем чистые металлы.
    (d) Например, когда атомы углерода добавляются к железу для образования стали, атомы углерода, размер которых меньше, чем атомы железа, нарушают упорядоченное расположение атомов железа, что затрудняет скольжение слоев атомов друг по другу.Это делает сталь тверже чистого железа.
  2. Для повышения коррозионной стойкости чистого металла
    (a) Большая часть металла легко разъедает на воздухе. Это потому, что они реагируют с кислородом и водяным паром в воздухе.
    (b) Легирование может предотвратить коррозию металлов. Это связано с тем, что легирование помогает предотвратить образование оксидного слоя на поверхности металла.
    (c) Например, углерод, хром и никель добавляют в железо для получения нержавеющей стали.Столовые приборы из нержавеющей стали не подвержены коррозии.
  3. Для улучшения внешнего вида чистого металла
    (a) Металлы имеют блестящую поверхность. Однако образование матового оксида металла на поверхности металла приводит к тому, что он быстро теряет свой блеск.
    (b) Легирование помогает сохранить блестящую поверхность металла, поскольку предотвращает образование оксида металла.
    (c) Например, в олово добавляются атомы сурьмы и меди, в результате чего олово имеет более блестящую поверхность, чем олово.

Люди также спрашивают

Список сплавов, их состав и использование

Состав, свойства и использование сплавов:

  1. Сегодня многие сплавы были открыты и улучшаются путем изменения их процентного содержания сочинение.
  2. Использование каждого типа сплавов зависит от свойств сплава.
  3. В таблице показаны состав, свойства и применение некоторых сплавов.
Сплав Состав Свойства Применение
Бронза 80% медь, 20% олово Твердый, прочный, не подверженный коррозии, блестящая поверхность Медали, статуи , художественные материалы
Латунь 70% меди, 30% цинка Тверже меди, блестящая поверхность Музыкальные инструменты, посуда, дверные ручки, гильзы для пуль, декоративные украшения, электрические детали.
Медно-никель 75% меди, 25% никель Красивая поверхность, блестящая, твердая, не подвержена коррозии Монета
Сталь 99% железа, 1% углерода Твердый, прочные Здания, мосты, кузова вагонов, железнодорожные пути

Нержавеющая сталь

74% железо, 8% углерод, 18% хром Блестящий, прочный, не ржавеет Столовые приборы, раковины , трубы, хирургические инструменты
Дюралюминий 93% алюминий, 3% медь, 3% магний, 1% марганец Легкие, прочные Самолеты, сверхскоростные поезда, гоночные велосипеды
Pewter 96% олово, 3% медь, 1% сурьма Блестящий, прочный, не коррозирует Предметы искусства, сувениры
Припой 50% олово, 50% свинец Твердый, блестящий, низкая температура плавления 901 03 Припой для электрических проводов и металла
Золото 9 карат 37.5% золота, 51,5% меди, 11% серебра Блестящий, прочный, не вызывает коррозии Ювелирные изделия

Сплав тверже, чем эксперимент с чистым металлом

Цель: Исследовать, тверже ли сплав чем его чистый металл.
Постановка задачи: Сплав тверже чистого металла?
Гипотеза: Бронза тверже меди.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: различные типы материалов (медь и бронза)
(b) Отвечающая переменная: диаметр вмятины
(c) Контролируемые переменные: диаметр стального шарикоподшипника, высота груза, масса груза
Оперативное определение: Если диаметр вмятины меньше, значит материал тверже.
Материалы: Блок медный, блок бронзовый, целлофановая лента.
Аппарат: Стойка для реторты и зажимы, вес 1 кг, линейка, стальной шарикоподшипник, резьба.
Процедура:

  1. Стальной шарикоподшипник приклеивается к медному блоку с помощью целлофановой ленты.
  2. Гирю весом 1 кг подвешивают на высоте 50 см над медным блоком, как показано на рисунке.
  3. Груз может падать на шарикоподшипник.
  4. Измеряется диаметр вмятины, оставленной шарикоподшипником на медном блоке.
  5. Шаги с 1 по 4 повторяются дважды на других частях медного блока, чтобы получить среднее значение диаметра образовавшихся вмятин.
  6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием бронзового блока для замены медного блока, при этом другие факторы остаются неизменными.
  7. Показания занесены в таблицу ниже.

Результаты:

90 dentis

Обсуждение меньшего диаметра 9007

    , более жесткий диаметр и диаметр
      прочнее материал.
    1. Средний диаметр вмятин на поверхности медного блока больше, чем у бронзового блока.
    2. Судя по результатам, бронза тверже меди.

    Заключение:
    Гипотеза принята.
    Операционное определение твердости в этом эксперименте - это мера вмятины, образовавшейся на материалах, когда груз весом 1 кг с высоты 50 см падает на шарикоподшипник, прикрепленный к материалу.
    Чем меньше диаметр вмятины, тем тверже материал.

    Железо ржавеет быстрее, чем сталь. Эксперимент

    Цель: Исследовать, ржавеет ли железо быстрее, чем сталь, а сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь.
    Постановка проблемы: Железо ржавеет быстрее стали? Сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь?
    Гипотеза: Железо ржавеет быстрее, чем сталь, а сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь.
    Переменные:
    (a) Управляемая переменная: различные типы гвоздей
    (b) Реагирующая переменная: интенсивность и количество синего цвета
    (c) Контролируемые переменные: размер гвоздей, концентрация используемых растворов, продолжительность образования ржавчины
    Эксплуатационное определение: Чем интенсивнее образуется синий цвет, тем выше скорость ржавления.
    Материалы: Железный гвоздь, стальной гвоздь, гвоздь из нержавеющей стали, раствор желе, раствор гексацианоферрата калия (III), вода, наждачная бумага
    .
    Аппарат: Пробирки, штатив для пробирок.
    Порядок действий:

    1. Гвозди затирают наждачной бумагой для удаления ржавчины с поверхностей ногтей.
    2. Железный гвоздь помещают в пробирку A, стальной гвоздь в пробирку B и гвоздь из нержавеющей стали в пробирку C.
    3. Готовится 5% раствор желе, добавляя 5 г желе в 100 см кипящая вода.Затем к раствору желе добавляют несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия.
    4. Горячий гелеобразный раствор наливается в три пробирки до полного погружения всех гвоздей.
    5. Пробирки помещают в штатив для пробирок и оставляют в стороне на три дня. Наблюдается интенсивность синего цвета.
    6. Все наблюдения занесены в таблицу ниже.

    Наблюдения:

Металлический блок Диаметр вмятины (мм)
1 2 03 3 03 3 03 3

Медь 2.9 2,8 2,9 2,87
Бронза 2,1 2,2 2,2 2,17
Пробирка Интенсивность синего цвета Вывод
A Очень быстро .
B Низкий Ржавчина происходит медленно.
C Нет Нет ржавчины.

Обсуждение:

  1. Когда железо ржавеет, каждый атом железа теряет два электрона, образуя ион железа (ll), Fe 2+ .
    Fe (s) → Fe 2+ (водн.) + 2e - (водн.)
  2. Раствор гексацианоферрата калия (lll) добавляют к раствору желе в качестве индикатора для обнаружения ионов железа (ll).
  3. При наличии иона железа (ll) раствор гексацианоферрата (lll) калия образует темно-синий цвет.
  4. Чем выше интенсивность синего цвета, тем выше скорость коррозии.
  5. Затвердевший раствор желе используется для улавливания и четкого закрепления синей окраски. Это связано с тем, что в твердых телах диффузия происходит медленнее всего.
  6. По наблюдениям, железо ржавеет быстрее стали. Нержавеющая сталь не ржавеет.
  7. Гвоздь из нержавеющей стали не ржавеет.Это потому, что этот гвоздь представляет собой сплав железа с углеродом, хромом и никелем.
  8. Стальной гвоздь медленно ржавеет. Наличие атомов углерода сделает сталь прочнее железа, но не предотвратит ее ржавчину.
  9. Ржавчина железа является примером коррозии. Когда происходит коррозия, металл теряет электроны, образуя ион металла.

Заключение:
Железо ржавеет быстрее, чем сталь, сталь ржавеет быстрее, чем нержавеющая сталь. Гипотеза принята.
В этом эксперименте операционным определением ржавчины является образование темно-синего цвета при погружении различных гвоздей в раствор желе, содержащий раствор гексацианоферрата (III) калия.
Чем больше образуется темно-синий цвет, тем выше скорость ржавления.

.

Что такое металлический сплав? | Разница между металлом и металлическим сплавом

Знаете ли вы, что большинство используемых нами «металлов» на самом деле вовсе не металлы? Это не металлы, а сплавы, и они повсюду вокруг нас! От зубных пломб до самолетов - сплавы составляют значительную часть нашей повседневной жизни. Узнайте, что такое сплав и как его производят.

Что такое металл?

Металл - это чистый химический элемент, как в периодической таблице.91 из 118 элементов в таблице Менделеева - это металлы, что делает их одними из самых распространенных элементов в мире.

В периодической таблице все элементы делятся на металлы и неметаллы. Что делает что-то «металлом», так это то, что он встречается в природе в природе, имеет блеск, хорошо проводит тепло и электричество и намного плотнее неметаллов.

Есть 5 основных категорий металлов:

  • Недрагоценные металлы
  • Черные металлы
  • Благородные металлы
  • Драгоценные металлы
  • Тяжелые металлы

Основные металлы

Недрагоценные металлы очень распространены в земной коре, и из-за своего количества они недорогие.Цветные металлы отличаются от других металлов, потому что они легче всего подвержены коррозии или окислению. Они чрезвычайно реактивны, и такие вещества, как кислород, вода, кислоты, а также нахождение рядом с другим металлом могут вызвать их коррозию. (Узнайте больше о том, почему ржавеют металлы.)

Существует несколько различных определений «недрагоценных металлов». В горнодобывающей и экономической областях базовые металлы - это металлы, которые не попадают ни в одну из других категорий, например медь, свинец, цинк и никель.

Черные металлы

Черный металл означает, что металл содержит железо.Цветные металлы обычно дороже, потому что они имеют меньший вес, большую проводимость, немагнитность и устойчивость к коррозии. Цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, никель, олово и цинк.

Благородные металлы

Благородные металлы известны своей устойчивостью к коррозии и окислению, в отличие от неблагородных металлов. Обычно это редкие или драгоценные металлы. Ученые не пришли к единому мнению о точной классификации каждого элемента в периодической таблице, но чаще всего соглашаются с тем, что металлы, попадающие в категорию «благородных», - это золото, серебро, рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина.Хотя некоторые драгоценные металлы являются благородными металлами, а благородные металлы часто бывают дорогими из-за их разнообразного использования (в искусстве, высоких технологиях, ювелирных изделиях), термины «благородный металл» и «драгоценный металл» не являются синонимами.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы - это редкие элементы, которые естественным образом встречаются в земной коре. Самыми известными являются золото и серебро, но другие драгоценные металлы включают рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платину. Несмотря на то, что алюминий является третьим по распространенности элементом на Земле и самым распространенным металлом, он некоторое время считался драгоценным металлом.Это потому, что было очень сложно надежно извлечь его из различных руд.

Некоторым из самых важных гостей Наполеона III подарили алюминиевые столовые приборы, в то время как более скромные посетители должны были есть, используя скудную серебряную посуду. Цена значительно упала после 1882 года, и изобретение новых процессов для коммерческого производства электроэнергии значительно упростило добычу алюминия.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы считаются очень плотными. Вот и все! Были предложены более конкретные определения, но научное сообщество еще не остановилось на одном.Некоторые тяжелые металлы заведомо токсичны, в то время как другие очень важно есть в своем рационе в незначительных количествах! Некоторые тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, чрезвычайно ядовиты. Металлы, такие как железо, кобальт и цинк, с другой стороны, выполняют очень важные функции в организме! Вы даже можете купить железо и цинк в качестве добавок в магазине здорового питания.

Остальные тяжелые металлы, такие как галлий, таллий, рутений, индий и серебро, довольно безвредны. Вы можете найти тяжелые металлы, которые используются повсюду! Они используются в клюшках для гольфа, автомобилях, антисептиках, самоочищающихся печах, пластмассах, солнечных панелях, сотовых телефонах, компьютерных чипах и даже ускорителях частиц на атомных электростанциях!

Что такое металлический сплав?

С другой стороны, сплавы

- это искусственные материалы.Вы делаете их, комбинируя металлический элемент с чем-то другим. Сплавы могут включать сочетание металла с металлами, неметаллами или и тем, и другим.

Чугун - отличный пример неметаллического сплава (что немного вводит в заблуждение, потому что все сплавы имеют «металл» - это относится ко второму или добавленному ингредиенту). Железо представляет собой смесь железа и углерода. Он может содержать около 2-3% углерода. (Узнайте больше о чугуне и кованом железе здесь!)

Сплавы

также иногда получают забавные названия! Как и Alnico, сплав железа, алюминия, никеля, кобальта, меди и / или титана.Некоторые из их названий представляют собой смесь названий легирующих добавок. В других случаях они становятся настолько популярными, что получают свое собственное имя, звучащее «на каждый день», например, кованое железо.

Вы действительно можете найти сплавы везде. Фактически, они могут быть более распространены, чем их чистые «металлические» собратья.

Вы найдете их в зубных пломбах (амальгаме), звукоснимателях для гитар (алнико), в виде музыкальных инструментов или дверных ручек (латунь), в украшениях (белое золото), в произведениях искусства (бронзовые статуи), в автомобилях и самолетах (дюралюминий). , на оружии (бронза), внутри электроники (припой), внутри атомных электростанций (магнокс), на опорах зданий (сталь) и даже на вашем обеденном столе (олово)!

Существует более 160 известных сплавов!

Конструкции из металлических сплавов

Когда металл увеличивается в электронный микроскоп, атомы появляются в структуре кристаллической решетки.Также в этом составе присутствуют легирующие добавки. Обычно существует два типа структур сплава: сплавы замещения и сплавы внедрения. Замещение сплавов происходит, если атомы легирующего агента замещают атомы основного металла. С другой стороны, сплавы внедрения возникают, когда сплавы образуются из-за того, что легирующие агенты становятся меньше, чем основной металл.

Как изготавливаются металлические сплавы?

Существует 3 основных метода создания металлических сплавов:

  • Отопление и плавление
  • Порошковая металлургия
  • Ионная имплантация

Отопление и плавление

Нагрев и плавление - один из наиболее часто используемых методов создания сплавов.Это действительно не сильно отличается от кулинарии!

Основной металл (самый высокий процент металла в сплаве) расплавляется, а любые другие металлы расплавляются до тех пор, пока они не станут жидкими. Затем их переливают друг в друга, смешивают и дают остыть до образования чего-то, что называется «твердым раствором». Что-то вроде твердого металлического блока, эквивалентного смешиванию соли с водой до ее растворения.

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия - это очень круто, это, наверное, самое близкое к алхимии, что у нас есть сегодня.

Во-первых, основной металл и легирующие добавки необходимо превратить в порошки! Для этого есть несколько основных методов:

Процесс губчатого железа - самый старый из методов порошкообразования. Руду смешивают с чем-то, что называется коксовой мелочью (которая остается от угля после сжигания), и известью, чтобы получить особую серу, которая предотвращает загрязнение порошкообразным основным металлом.

Смесь кокса и извести (не как коктейли!) И руда затем помещаются в специальный барабан, где кокс и известь помещают руду между ними.

Затем барабан перегревается в печи. Ингредиенты оставляют после себя объект, напоминающий «бисквит», и шлак. На следующих этапах возможный порошок отделяется от шлака и измельчается до более однородной «порошковой» формы.

Затем порошок нагревается и сверхспрессовывается в сплав!

Другие способы превращения основных металлов в порошок - это распыление (почти как на атомных электростанциях), когда расплавленный металл проталкивается через очень узкую трубку, что создает высокое давление.Газ впрыскивается в поток кипящего металла точно так же, как он выходит из этой трубки, сочетание давления, температуры и молекул газа разделяет атомы металла.

Затем порошки смешивают и расплавляют в «твердый раствор»!

Железный порошок, полученный методом губчатого железа, является самым дешевым на мировом рынке!

Ионная реализация

Последний распространенный метод создания сплавов - ионная имплантация.

«Ионы» происходят от электричества, поэтому метод ионной имплантации включает «ионный источник» (который, по сути, просто создает электричество), ускоритель, в котором ионы разгоняются очень быстро (трение и быстрое вращение создают тепло, которое ускоряет молекулы. ), и целевую камеру, куда ионы выбрасываются после того, как они закончили.

Метод ионной имплантации действительно лучше всего подходит для создания очень маленьких металлических деталей. Это наиболее распространенный метод создания полупроводников на компьютерных микросхемах.

Вот анимация этого процесса:

Поставки металла и услуги в Tampa Steel and Supply

Металлические сплавы используются в различных проектах, от жилищного и коммерческого строительства до производства автомобилей и т. Д.Если вы работаете с металлическими сплавами, компания Tampa Steel and Supply может вам помочь. У нас есть обширный перечень изделий из металла, материалов для изготовления и дополнительных услуг, которые могут помочь в реализации вашего проекта. Чтобы узнать больше о наших продуктах и ​​услугах, позвоните нам сегодня или зайдите в наш выставочный зал в Тампе.

Сделайте запрос онлайн
или позвоните в Tampa Steel & Supply по телефону (813) 241-2801

.

Какие они? Из чего делают обычные сплавы?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 октября 2020 г.

Практически любой материал мы могли бы когда-нибудь захотеть скрывается где-то на планете под нашим ноги. От золота, которое мы носим как украшения, до нефть, которая питает наши автомобили, земной кладезь удивительных материалов может обеспечить практически каждая потребность. Химические элементы - это основные строительные блоки из из которых сделаны все материалы внутри Земли. Их около 90 природные элементы, большинство из которых - металлы.Но, хотя металлы и полезны, иногда они не идеальны. для работы, которая нам нужна. Возьмем, к примеру, железо. Это удивительно прочный, но может быть довольно хрупким и ржавеет легко во влажном воздухе. Или как насчет алюминия. Он очень легкий, но в своем в чистом виде, он слишком мягкий и слабый, чтобы быть полезным. Вот почему большинство используемых нами "металлов" не вообще металлы, кроме сплавов: металлы в сочетании с другими веществами, чтобы сделать их сильнее, тверже, легче или лучше каким-нибудь другим способом.Сплавы повсюду вокруг нас - от пломбы в наши зубы и литые диски на наших автомобилях к космическим спутникам свист над нашими головами. Давайте подробнее рассмотрим, что это такое и почему они такие полезно!

Фото: Этот топливный бак от Space Shuttle был сделан из сверхлегкого алюминиево-литиевого сплава, так что это на целых 3400 кг (7500 фунтов) легче, чем бак, который он заменил. Снижение веса базовой конструкции шаттла означало, что он мог нести более тяжелую полезную нагрузку (груз).Фото любезно предоставлено Космическим центром Кеннеди НАСА (NASA-KSC).

Что такое сплав?

Фото: Этот образец сплава титан-цирконий-никель представляет собой заставляют левитировать (парить в воздухе) с помощью электричества. Это один из многих замечательных новых материалов, которые разрабатываются для возможного использования в космосе. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Вы могли встретить слово сплав, описанное как «смесь металлов», но это немного вводит в заблуждение, потому что некоторые сплавы содержат только один металл, и он смешан с другие вещества, не являющиеся металлами (например, чугун сплав из одного металла, железа, смешанного с одним неметаллом, углеродом).Лучше всего думать о сплаве как о материале, состоящем из минимум два разных химических элемента, один из которых - металл. В самый важный металлический компонент сплава (часто представляющий 90 процентов или более материала) называется основным металл, основной металл или основание металл. Остальные компоненты сплава (которые называются легирующими добавками) может быть металлы или неметаллы, и они присутствуют в гораздо меньших количествах (иногда менее 1 процента от общей суммы). Хотя сплав иногда может быть составным (элементы, из которых он сделан, химически связаны вместе), обычно это твердый решение (атомы элементов просто перемешаны, как соль, смешанная с вода).

Состав сплавов

Если вы посмотрите на металл в мощный электронный микроскоп, вы увидите атомы внутри расположены в регулярной структуре, называемой кристаллической решетка. Представьте себе небольшую картонную коробку, полную шариков, и это довольно много. что бы вы увидели. В сплаве, кроме атомов основного металла, есть также атомы легирующих добавок, разбросанных по всему структура. (Представьте, что вы уронили несколько пластиковых шарики в картон коробка, чтобы они случайным образом расположились среди шариков.)

Изображение: Замещающие сплавы и промежуточные сплавы: На этих диаграммах черные кружки представляют основной металл, а красные кружки - легирующие добавки.

Сплавы замещения

Если атомы легирующего агента заменяют атомы основного металла, мы получаем то, что называется замещающий сплав. Такой сплав сформируется только в том случае, если атомы основного металла и легирующего агента имеют примерно такого же размера. В большинстве сплавов замещения составляющая элементы очень близко друг к другу в периодической таблице.Латунь, для Например, сплав на основе меди в какие атомы цинка заменяют 10–35 процентов атомов, которые обычно находятся в меди. Латунь работает как сплав, потому что медь и цинк близки друг к другу в периодической таблицы и имеют атомы примерно одинакового размера.

Сплавы внедрения

Сплавы также могут образовываться, если легирующий агент или агенты имеют атомы, которые намного меньше чем из основного металла. В этом случае атомы агента проскальзывают в между основными атомами металла (в зазорах или «пустотах»), давая так называемый межузельный сплав.Сталь - это пример сплава внедрения, в котором относительно небольшое количество атомы углерода проникают внутрь промежутки между огромными атомами в кристаллической решетке железа.

Как ведут себя сплавы?

Фото: это не только основные ингредиенты (металлы и другие составляющие). влияющие на свойства сплава; как эти ингредиенты сочетаются очень важно тоже. Скорость разливки или перемешивания, температура разливки и скорость охлаждения являются некоторыми из факторов. что может повлиять на физические свойства сплавов.Фотография отливки латунного сплава, сделанная Джетом Лоу, любезно предоставлена ​​Библиотекой Конгресса США, Отделом эстампов и фотографий, Historic American Engineering Record.

Люди делают и используют сплавы, потому что металлы не имеют подходящие свойства для конкретная работа. Железо - отличное здание материал, но сталь (сплав получается путем добавления небольшого количества неметаллического углерода к железу) прочнее, тверже и устойчивее к ржавчине. Алюминий - очень легкий металл, но он также очень мягкий в чистом виде. Добавьте небольшое количество металлов магний, марганец и медь, и вы получите превосходный алюминиевый сплав называется дюралюминий, который достаточно силен для изготовления самолетов.Сплавы всегда показывают улучшения по сравнению с основным металлом в одном или нескольких своих важные физические свойства (такие как прочность, долговечность, способность проводить электричество, способность выдерживать жару, и так на). Как правило, сплавы прочнее и тверже, чем их основные металлы, менее пластичные (труднее работать) и менее пластичные (труднее втягиваем в провода).

Таблица

: Один и тот же основной металл может давать очень разные сплавы, когда он смешивается с другими элементами. Вот четыре примера медных сплавов.Хотя медь является основным металлом во всех них, каждый из них обладает совершенно разными свойствами.

Фото: Ученые NASA Ames разработали методику называется газовым распылением под высоким давлением для упрощения производства магниевые сплавы. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США.

Как изготавливаются сплавы?

Представление о сплаве как о "смеси металлов" может сбивает с толку. Как можно ли смешать два куска твердого металла? Традиционный способ изготовление сплавов заключалось в нагревании и плавлении компонентов для получения жидкостей, смешайте их вместе, а затем дайте им остыть до состояния, называемого твердый раствор (твердый эквивалент раствор как соль в воде).Альтернативный способ изготовления сплава - повернуть компоненты в порошки, смешайте их вместе, а затем соедините их с сочетание высокого давления и высокой температуры. Эта техника называется порошковой металлургией. Третий метод изготовление сплавов стрелять пучками ионов (атомов со слишком малым или слишком большим количеством электронов) в поверхностный слой куска металла. Ион Имплантация, как это известно, является очень точным способом изготовления сплава. Это вероятно, наиболее известен как способ изготовления полупроводников, используемых в электронные схемы и компьютерные микросхемы.(Подробнее об этом читайте в нашей статье о молекулярно-лучевой эпитаксии.)

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

Книги

Общие сведения о материаловедении и инженерии

В этих книгах объясняется основная концепция подбора материалов для работы, которую они должны выполнять. Это основная идея большинства сплавов - по сути, металлы «улучшены», чтобы выполнять определенные задачи лучше, чем в чистом, естественном состоянии.

Более подробные книги

Достаточно сложно найти простые общие книги по сплавам; вместо этого ищите книги по «инженерным материалам», и вы найдете что-нибудь подходящее.

Организации

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Inconel - зарегистрированная торговая марка Huntington Alloys Corporation
Monel - зарегистрированная торговая марка International Nickel Co.
Waspaloy - зарегистрированная торговая марка United Technologies Corporation
Hastelloy - зарегистрированная торговая марка Haynes International, Inc.
Названия определенных сплавов CMSX ( такие как CMSX-4) являются зарегистрированными товарными знаками Cannon-Muskegon Corporation.

.

Определение сплава от Merriam-Webster

al · loy | \ ˈA-ˌlȯi также ə-ˈlȯi \ 1 : степень смешения с недрагоценными металлами : проба

2 : вещество, состоящее из двух или более металлов или металла и неметалла, тесно связанных, как правило, путем плавления вместе и растворяются друг в друге при расплавлении также : состояние соединения компонентов

3a : примесь, которая уменьшает значение

b : ухудшающий чужеродный элемент

4 : соединение, смесь , или объединение разных вещей этнический сплав многих народов

5 архаичный : металл, смешанный с более ценным металлом для придания прочности или другого желаемого качества

сплав | \ ə-ˈlȯi также ˈa-ˌlȯi \

легированный; легирование; сплавы

переходный глагол

b : ухудшить или обесценить примесь

2 : уменьшить чистоту путем смешивания с менее ценным металлом

3 : смешать с образованием сплава

.

Смотрите также