химический каталог




СПЛАВЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

СПЛАВЫ, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже-металлов и неметаллов) с характерными металлич. свойствами. В более широком смысле СПЛАВЫ-любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорганическое соединение и т.д. Многие СПЛАВЫ (например, бронза, сталь, чугун) были известны в глубокой древности и уже тогда имели обширное практическое применение. Техн. значение металлических СПЛАВЫ объясняется тем, что многие их свойства (прочность, твердость, электрич. сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов.

Называют СПЛАВЫ исходя из названия элемента, содержащегося в них в наиболее кол-ве (основной элемент, основа), например СПЛАВЫ железа, СПЛАВЫ алюминия. Элементы, вводимые в СПЛАВЫ для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс -легированием.

По характеру металла-основы различают черные СПЛАВЫ (основа -Fe), цветные СПЛАВЫ (основа - цветные металлы), СПЛАВЫ редких металлов, СПЛАВЫ радиоактивных металлов. По числу компонентов СПЛАВЫ делят на двойные, тройные и т.д.; по структуре-на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких фаз (последние может быть стабильными и метаста-бильными); по характерным свойствам - на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие, СПЛАВЫ со спец. свойствами и др. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и др. видам обработки давлением).

Структура и получение. Физ.-химический основой создания СПЛАВЫ являются диаграмма состав - свойство и диаграмма состояния соответствующих систем, позволяющие определять свойства СПЛАВЫ в условиях их термодинамически обработки. Диаграммы состояния строят на основании эксперим. данных или расчетным путем с использованием различные термодинамическое моделей. В настоящее время в той или иной степени диаграммы состояния известны для большинства имеющих практическое значение двойных и тройных систем.

СПЛАВЫ в кристаллич. состоянии представляют собой поли-кристаллич. тела, состоящие из большого числа мелких (10-3-10-7 м), различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов, называемых кристаллитами или зернами. Фазы кристаллических СПЛАВЫ представляют собой твердые растворы или химический соединение двух или более металлов (см. Металлические соединения, Интерметаллиды).

Макс. количество равновесных фаз в СПЛАВЫ определяется числом составляющих его компонентов (см. Фаз правило). Форма, размеры и характер взаимного расположения фаз в СПЛАВЫ характеризуют его структуру. Различают макроструктуру (строение СПЛАВЫ, видимое невооруженным глазом или при увеличении в 30-40 раз) и микроструктуру (строение С, наблюдаемое с помощью светового или электронного микроскопа с увеличением в 100 тысяч раз). Макроструктуру обычно исследуют по излому и на спец. макрошлифах. Кристаллические СПЛАВЫ имеют зернистый (кристаллич.) излом. По нему судят о размерах зерна, условиях выплавки и крис таллизации, термин, обработке и свойствах СПЛАВЫ Микроструктура показывает взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Для изучения микроструктуры из СПЛАВЫ изготовляют микрошлиф, т. е. небольшой образец, одну из плоскостей которого тщательно шлифуют, полируют и подвергают травлению. По микроструктуре можно оценить величину некоторых механические свойств СПЛАВЫ

Осн. метод получения СПЛАВЫ-смешение и расплавление составляющих его компонентов с последующей затвердеванием в кристаллич. или аморфном состоянии. СПЛАВЫ можно получать и без расплавления основные компонента-методами порошковой металлургии. Др. способы получения - осаждение из растворов и газовой фазы, диффузионное насыщение одного компонента другим, совместное электрохимический осаждение из растворов и др. Для получения СПЛАВЫ в виде тонких пленок и покрытий используют осаждение из газовой фазы, напыление, конденсацию паров, электролиз.

Большинство СПЛАВЫ, получаемых обычными способами, при затвердевании кристаллизуются. При быстром охлаждении расплава (скорость охлаждения 1-10 млн. градусов в с), например при контакте расплавленной капли металла с быстро-вращающейся охлажденной поверхностью, распылении расплава холодной струей газа или конденсации паров металлов в тонкие пленки на охлаждаемой подложке, получают аморфные СПЛАВЫ Мелкодисперсные порошки таких СПЛАВЫ затем может быть спрессованы путем горячей экструзии в заготовки или с помощью плазменного факела нанесены на различные детали в виде тонких покрытий. Аморфные СПЛАВЫ по сравнению с кристаллическими обладают повыш. свойствами-износостойкостью, прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, сопротивлением усталости.

Свойства. Различают структурно-нечувствительный и структуравено-чувствительный свойства СПЛАВЫ Первые определяются силами межатомного взаимодействия, т. е. природой составляющих СПЛАВЫ элементов и их концентрацией. К ним относят плотность, температуру плавления, теплоту испарения, тепловые и упругие свойства, коэффициент термодинамически расширения. Структурно-чувствительный свойства помимо природы элементов и их концентрации зависят от характеристик структуры: формы и размера зерен, наличия различные вида дефектов кристаллич. структуры и концентрации этих дефектов; к ним относят прочность, пластичность, твердость, хрупкость, ползучесть, усталость, ударную вязкость.

Структурно-чувствительный свойства формируются в процессах получения и обработки СПЛАВЫ При изготовлении полуфабрикатов и изделий из СПЛАВЫ методом плавки, литья и последующей механические, термодинамически, химический и др. обработки структура СПЛАВЫ претерпевает ряд изменений. Характер этих изменений и условия управления ими подробно разработаны в теориях жидкого состояния, кристаллизации, термодинамически и термомеханические обработки металлов и сплавов.

Уже в процессе плавки исходных компонентов может быть созданы условия для получения после затвердевания СПЛАВЫ с различные структурой. Величина перегрева расплава, время выдержки при высокой температуре влияют на количество и степень дисперсности нерастворимых в расплаве примесей тугоплавких соединений. При кристаллизации частицы этих примесей служат центрами зарождения зерен, поэтому чем больше примесных частиц (перед затвердеванием), тем мельче зерно в затвердевшем СПЛАВЫ В процессе кристаллизации в слитке возникает химический микронеоднородность-дендритная ликвация, вызванная неравновесной кристаллизацией твердых растворов. Эта неоднородность устраняется отжигом, в результате которого путем диффузии в твердой фазе происходит выравнивание концентрации по всем участкам СПЛАВЫ (гомогенизирующий отжиг).

Способы обработки. Структура и свойства СПЛАВЫ поддаются изменению. В результате различные видов механические обработки-ковки, прокатки, прессования, штамповки, волочения, резания из сплавов получают полуфабрикаты (листы, прутки, ленты, трубы) или изделия заданной формы. При этом, как правило, крупнозернистая после литья и гомогенизирующего отжига структура измельчается; в некоторых случаях (после прокатки, прессования) образуется волокнистая текстура; на несколько порядков увеличивается плотность дефектов кристаллич. решетки.

Термич. обработка СПЛАВЫ приводит к существ. изменению их физических-механические свойств. По температуре нагрева, длительности выдержки, скорости охлаждения, а также по назначению термодинамически обработка подразделяется на отжиг, закалку (с полиморфным превращением или без него), отпуск и старение.

Отжиг заключается в нагреве СПЛАВЫ до определенной температуры, выдержке при этой температуре и медленном (непрерывном или ступенчатом) охлаждении; приводит к получению равновесно-устойчивых структур, уменьшает остаточное напряжение в СПЛАВЫ, повышает их пластичность. Закалка-нагрев и выдержка СПЛАВЫ при определенной температуре с последующей быстрым охлаждением-приводит к получению нестабильных состояний в СПЛАВЫ, способствует, как правило, повышению их твердости и хрупкости. Отпуск осуществляют обычно после закалки, нагревая СПЛАВЫ до определенной температуры с последующей охлаждением с заданной скоростью на воздухе или в воде; повышает пластичность закаленного СПЛАВЫ, уменьшает хрупкость. Старение-самопроизвольное изменение структуры СПЛАВЫ в результате длительного выдержки при определенной температуре (комнатной или при нагреве)-способствует увеличению прочности и твердости СПЛАВЫ с одновременным уменьшением пластичности и ударной вязкости.

При производстве СПЛАВЫ термодинамически обработку чаще всего чередуют с механической или совмещают с ней. Если при этом приобретенные в процессе механические обработки пластич. деформация и плотность дефектов кристаллич. решетки влияют на формирование структуры при термодинамически воздействии, то такая обработка называют термомеханической. Применяя разнообразные виды термодинамически и механические обработки, можно одному и тому же СПЛАВЫ придавать существенно различные свойства. Например, углеродистая сталь после пластич. деформации становится тверже и прочнее, в результате последующей отжига-мягче и пластичнее; если затем применить закалку, то сталь станет еще более твердой и прочной, чем первоначально.

Химическая-термодинамически обработка сочетает одновременное тепловое и химический воздействие, в результате чего изменяется состав и структура поверхностных слоев, а иногда и всего изделия. Наиб. распространено насыщение поверхностных слоев СПЛАВЫ различные соединениями - борирование (насыщение бором), азотирование (насыщение азотом), силицирование (насыщение кремнием), оксидирование (насыщение кислородом), цементация (насыщение углеродом, науглероживание).

Применение. По назначению СПЛАВЫ разделяют на большое число видов.

Конструкционные СПЛАВЫ предназначены для изготовления деталей машин, строит. конструкций и др. сооружений. Такие СПЛАВЫ обладают целым комплексом свойств, обеспечивающих надежную и долговечную работу в условиях высоких механические напряжений - высокой прочностью, ударной вязкостью, хорошим сопротивлением к усталости, динамич. и ударным нагрузкам. Основную (по объему) часть выпускаемых во всем мире конструкционных СПЛАВЫ составляют различные марки сталей и чугунов. В авиац., судостроит. и космич. технике, где кроме перечисленных выше свойств необходимо учитывать плотность материала, находят применение конструкционные СПЛАВЫ на основе Al и Ti, которые по удельная прочности во многие случаях не уступают, а иногда даже превосходят наиболее прочные стали.

Из инструментальных СПЛАВЫ изготовляют главным образом измерит. и металлообрабатывающие инструменты. Первые изготовляют в основные из углеродистых или легированных сталей, вторые - из быстрорежущих, штамповых сталей (см. Железа сплавы) и твердых сплавов. Изделия из быстрорежущих и штамповых сталей получают традиц. методами литья с последующей механические и термодинамически обработкой. Инструменты из твердых СПЛАВЫ обладают более высокой твердостью, чем инструменты из стали, и способны работать при более высоких температурах и с более высокой производительностью.

В группу электротехнических входят СПЛАВЫ с особыми магн. (см. Магнитные материалы) и электрич. свойствами.

К СПЛАВЫ с особыми электрич. свойствами относят: электроконтактные СПЛАВЫ (размыкающие, скользящие); с высоким, слабо зависящим от температуры электрич. сопротивлением; термоэлектродные; резисторные; СПЛАВЫ для нагреват. элементов и др. Размыкающие контакты должны обладать высокой тепло-и электропроводностью, эрозионной стойкостью, сопротивлением свариваемости. Их изготовляют из СПЛАВЫ благородных металлов, СПЛАВЫ систем W-Ni-Cu, W-Ni-Ag, Ag-CuO(CdO). Скользящие контакты, кроме того, должны обладать низким коэффициент трения и высокой износостойкостью. Для их изготовления используют СПЛАВЫ на основе систем Сu-С, Ag-Ni, Ag-Pd с добавками MoS2 , Sb и др., получаемые методами порошковой металлургии. СПЛАВЫ с высоким электрич. сопротивлением и малым температурным коэффициент для реостатов, измерит. и др. приборов изготовляют на основе систем Cu-Ni (константан), Cu-Mn-Ni (манганин). СПЛАВЫ для нагреват. элементов обладают высоким электрич. сопротивлением, достаточной прочностью и стойкостью против окисления при высоких температурах, например СПЛАВЫ, содержащие Ni и Сr (нихромы), Fe, Сr и Al (фехраль), Ni и Сг (хромаль). Для изготовления термопар используют СПЛАВЫ на основе систем Pt-Ph, Ni-Cr (хромель), Ni-Аl-Мn-Si (алюмель), Cu-Ni (копель).

Триботехнические СПЛАВЫ, предназначенные для работы в узлах трения, подразделяют на фрикционные (увеличивающие трение) и антифрикционные (снижающие трение). Первые должны обладать высокими и стабильными в широком интервале температур коэффициент трения, износостойкостью, теплопроводностью, сопротивлением схватыванию, достаточной прочностью; вторые-низким коэффициент трения, высокой износостойкостью. Фрикционные СПЛАВЫ получают в основные методами порошковой металлургии на основе Fe и Си с добавками асбеста, оксидов и карбидов (увеличивающих трение), Pb, Sn, графита, сульфидов, солей (улучшающих износ и предотвращающих схватывание). Антифрикционные СПЛАВЫ-чугуны, бронзы и баббиты-С. на основе Pb, Sn, Zn или Аl (см. Антифрикционные материалы). Методами порошковой металлургии получают антифрикционные СПЛАВЫ на основе системы Fe-графит и бронза—графит.

О жаропрочных и коррозионностойких СПЛАВЫ см. соответственно Жаропрочные сплавы, Коррозионностойкие материалы.

Большую группу составляют СПЛАВЫ со специфический свойствами: тугоплавкие, легкоплавкие, пористые, с постоянным коэффициент термодинамически расширения, с особыми ядерными свойствами, с эффектом памяти формы и др. Тугоплавкие СПЛАВЫ для нагреват. элементов и др. деталей, работающих при температуре > 1500°С, изготовляют на основе переходных металлов IV-VI гр., a также тугоплавких карбидов, нитридов, силицидов, боридов различные металлов. Легкоплавкие СПЛАВЫ на основе Sn, Pb, Cd, Bi (например, сплав Вуда), Та, Hg, Zn имеют температуры плавления ниже отдельных компонентов и используются в качестве предохранит. вставок, пробок, легкоплавких припоев. Пористые СПЛАВЫ создают в основные методами порошковой металлургии. СПЛАВЫ со сквозными порами используют в качестве фильтров, самосмазывающихся подшипников, пламегасителей; с изолир. порами (пеноматериалы)-в качестве теплозащиты. В атомной технике используют СПЛАВЫ с особыми ядерными свойствами: высоким или низким сечением захвата (вероятностью поглощения) нейтронов, g-лучей; способностью замедлять и отражать нейтроны; способностью передавать тепло, выделившееся в результате ядерных реакций (например, СПЛАВЫ для твэлов). Для их изготовления используют актиноиды Li, Be, В, С, Zr, Ag, Cd, In, Gd, Er; Sm, Hf, W, Pb и др. элементы.

В последнее время созданы СПЛАВЫ с эффектом памяти формы, например на основе никелида Ti. Изделия определенной формы из таких СПЛАВЫ, будучи многократно деформированы, после нагрева восстанавливают свою первоначальную форму.

Анализ. Для установления и проверки свойств СПЛАВЫ применяют различные методы контроля, в т.ч. разрушающего-испытания на механические прочность и пластичность, жаропрочность, на прочность против коррозии, и неразрушающего (измерения твердости, электрич., оптический, магн. свойств). Химическая и фазовый состав СПЛАВЫ определяют химический-аналит. методами (см. Качественный анализ, Количественный анализ), с помощью спектрального анализа (в т.ч. рентгеновского), рентгеновского структурного анализа и др. методов. Весьма эффективны для практическое применения методы быстрого ("экспрессного") химический анализа, используемые в процессе производства СПЛАВЫ, полуфабрикатов и изделий. Для исследования самой структуры СПЛАВЫ и ее дефектов используют методы химический металловедения.

Литература: Захаров М. В., Захаров A.M., Жаропрочные сплавы, М., 1972; Гуляев А. П., Металловедение, 5 изд., М., 1977; Ульянин E. А., Коррозионностойкие стали и сплавы, М., 1980; Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И., Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов, 2 изд., М., 1981; Рахштадт А. Г., Пружинные стали и сплавы, 3 изд., М., 1982; Геллер Ю. А., Инструментальные стали, 5 изд., М., 1983; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, 4 изд., М., 1986; Аморфные металлические сплавы, пер. с англ., под ред. Ф.Е. Люборского, М., 1987.

Ю. В. Левинский.


Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
ранункулюсы букеты
Фирма Ренессанс: модульные металлические лестницы - доставка, монтаж.
кресло t 9908
В магазине КНС Нева Acer Aspire S5-371-54UD NX.GCJER.006 - 10 лет надежной работы! Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)