Состав сплавов: Основные сплавы металлов: химические, физические, механические свойства

что это такое, где применяется

Драгоценные металлы, кроме высокой цены, имеют недостатки технического характера. В чистом виде золото, серебро и платина мягкие, поверхность быстро теряет блеск. Согласно мнению специалистов для производства бижутерии выгоднее применять ювелирные сплавы, потому что это дорогостоящие металлы, но с добавками, улучшающими их качества.

При изготовлении украшений используется бижутерный сплав. Он внешне не отличается от золота различных проб, однако, стоит дешевле, поскольку не включает в свой состав дорогостоящие металлы, а только покрывается ими.

Украшение из ювелирного сплава

Что такое ювелирный сплав

Наиболее распространены золотые ювелирные сплавы, но многие люди не знают что это такое и какие элементы входят в их состав. Их основной компонент — золото, содержание которого варьируется в пределах 75–98%. В качестве дополнительных компонентов может использоваться: серебро, медь, палладий, платина. Благодаря добавлению дополнительных металлов можно сделать сплав с любым оттенком — от красного до светло-желтого, зеленоватого.

Ювелирные сплавы применяют для изготовления дорогих украшений. Из них делают изделия с драгоценными камнями:

• кольца;
• колье;
• серьги;
• диадемы;
• зажимы для галстука;
• запонки.

Черные металлы, железоуглеродистые сплавы с добавками хрома и никеля, не относятся к бижутерийным, но из них делаются дешевые изделия, имитирующие белое золото и платину. Нержавеющая и хирургическая сталь стала применяться для изготовления различных аксессуаров с появлением в молодежной моде стилей модерн, гранж, панк. Сплав не темнеет от влаги и не вызывает аллергию.

Состав сплава

Бижутерия изготавливается из соединений цветных металлов. Внешне они не отличаются от золота или платины и даже повторяют их оттенок. Подобный бижутерийный сплав требует такого же ухода, что и ювелирные. Он отличается стойкостью к влаге, но реагирует с косметическими средствами и йодом. По техническим характеристикам материал прочный, легко сваривается и обрабатывается.

Покрытие на всех группах ювелирных сплавов делается из одинаковых металлов — гальванического золота, родия.

При производстве ювелирных сплавов кроме золота могут использовать:

• платину;
• серебро;
• кадмий;
• палладий;
• медь;
• цинк.

В основном количество добавок не превышает 10%. Исключение составляет серебро. Чем больше его состав, тем пластичнее и светлее становится сплав. Когда содержание серебра превышает 30%, золото становится светлым, беловато-желтым, с зеленоватым оттенком.

Содержание золота в сплаве указывает проба в тысячных долях. Проба 916 означает, что золота 91,6%, остальное —лигатура. Цифры 999 указывают на химически чистое вещество.

Состав на основе меди, цинка и латуни имитирует золото. В зависимости от пропорции компонентов может быть от червонного-красного до желтого.

Ювелирный сплав на основе олова широко применяется для изготовления бижутерии под платину и белое золото. Технология имеет древние корни. В качестве легирующих веществ добавляют:

• медь для пластичности;
• сурьма для яркости;
• алюминий для блеска и прочности.

Свинец и никель, присутствующие в старых изделиях, запрещены Международным Стандартом. Они вызывают аллергию. Для удешевления материала в него добавляют цинк.

Кольца из разных металлов

Покрытие для сплава

Бижутерия на основе олова и цветных металлов покрывается тонким слоем золота, серебра и платины. Толщина напыления составляет тысячные доли мм. В результате бижутерия приобретает вид изделия из благородных материалов и защищено от окисления.

Для придания блеска, прочности, эстетического вида ювелирные изделия покрывают:

• родием;
• элоксалом;
• лаком.

Золотой сплав мягкий, легко повреждается твердыми предметами, темнеет от воды и других веществ. Платина быстро теряет глянец без защитного покрытия. Только родий стойкий, твердый, не реагирует на воздействие влаги, жиров, кислот и со временем не теряет свой блеск.

Стоимость родия значительно выше других благородных металлов. Он очень твердый и его тяжело обрабатывать. Для защиты изделий из ювелирных и золотых сплавов применяют напыление из родия. Покрытие производят в гальванических ваннах.

Элоксал иногда используют как материал для изготовления украшений. Но чаще его применяют в качестве надежного и декоративного защитного покрытия. Напыление окиси алюминия — Al2O3 сначала ложится тонким слоем. Затем, когда толщина его увеличивается, он становится пористым. Залитую в пустоты краску удерживает прочно, на молекулярном уровне. Это позволяет не только покрыть изделие защитным слоем, но и придать ему любой цвет. После обработки прессованием поверхность начинает блестеть.

Лаком покрывают в основном дешевые изделия из бижутерного сплава и серебра. Прозрачный слой не пропускает влагу и другие разрушающие вещества, сохраняет блеск. Покрытие действует непродолжительное время, несколько месяцев, пока не сотрется.

Внешний вид

Серебро 925 получило название Стерлинговое. Оно содержит лигатуру из 7,5% меди. Соединяются металлы при температуре 894–900⁰. Сплав имеет вид белого золота или платины, легко обрабатывается, приобретает любую форму. При желании можно сделать чернение, заменив медь германием. Поверхность гладкая, блестящая, длительное время не теряющая свой вид.

Отличить серебро 925 от белого золота внешне невозможно. Изделия из обоих материалов покрываются родием, они имеют одинаковый цвет и блеск. Надо смотреть на клеймо. Золота 925 пробы не бывает. Если маркировки нет, требовать у продавца сертификат. Стоимость стерлингового серебра примерно вполовину ниже золота.

Добавление незначительного количества лигатуры изменяет свойства металлов. Они становятся пластичнее, прочнее. Это позволяет создавать изделия с мелкими деталями, филигранными узорами. Внешне отличить драгоценный металл и бижутерный сплав может только специалист.

Разновидности

Ювелирный сплав в своем составе имеет различные компоненты. Для изготовления бижутерии и других предметов обычно применяют:

• бронзу;
• латунь;
• мельхиор;
• пьютер;
• нейзильбер.

Бронза — соединение меди и цинка. Имеет красноватый цвет червонного золота. Для придания различных качеств легируется алюминием, бериллием, кремнием, фосфором.

Бронза — сплав двух компонентов меди и цинка без добавок. Для производства материала используют чистую медь и галмеем — руда цинка. Отличается высокой прочностью, твердостью.

Мельхиор представляет собой сложный сплав, в состав которого входит не цветной металл:

• медь;
• марганец;
• железо;
• никель.

Внешне похож на серебро. Отличается высокой твердостью и прочностью. Требует постоянного ухода, поскольку быстро темнеет.

Пьютер — сплав на основе олова. Мягкий и податливый материал легко покрывается серебром и золотом.

Нейзильбер, трехкомпонентный сплав, состоит из: цинка, меди, никеля. Устойчив к воздействию влаги, имеет красивый желтоватый оттенок.

Бижутерия из бронзы

Где применяется

Бронза востребована в промышленности для изготовления прокладок, фитингов, декоративных ручек на двери. Из нее отливают кубки, блюда, делают элементы для решеток окон, перил. В некоторых странах используются монеты, выполненные из бронзы.

Из латуни делают зубчатые венцы, элементы декора фасадов мебели, краны, уплотнительные кольца. Из украшений: цепочки, кольца, серьги, браслеты и другие аксессуары.

Из мельхиора изготавливают столовые приборы, посуду, кувшины, блюда. Часто делают бижутерию под серебро.

Из пьютерных сплавов изготавливают реплики изделий из драгоценных металлов и различную бижутерию с покрытием драгоценными металлами.

Из нейзильбера штампуют медали и другие награды. Сплавы используют для изготовления деталей медицинского оборудования, точных приборов. Из нейзильбера делают ювелирные украшения, лады для гитары и посуду. Часто путают с мельхиором.

Преимущества и недостатки

В результате соединения различных материалов бижутерный сплав приобретает необходимые качества. Внешний вид изделий позволяет изготавливать украшения с дорогим видом по бюджетной цене. Сплавы из цветных металлов востребованы в промышленности.

Главный недостаток изделий, выполненных из бижутерных сплавов, заключается в недолговечности покрытия. Нужно бережно обращаться с кольцами и цепочками, постоянно за ними ухаживать. Когда тонкая пленка стирается, материал начинает окисляться и разрушаться.

Микроструктура и фазовый состав сплавов

СТРУКТУРА и СВОЙСТВА  СПЛАВОВ

      Многие считают, что для оценки свойств сплавов достаточно знать их химический состав. Но это не совсем так. Например, многие сплавы после термообработки становятся намного прочнее, хотя химсостав при этом не меняется.  И, наоборот, небольшое изменение химического состава сплава может вызвать непропорционально большое изменение его механических или технологических свойств.     

     На самом деле важно знать, каким образом составляющие компоненты присутствуют в сплаве, а для этого надо знать его фазовый состав. Можно считать, что  химический состав определяет возможные свойства, а фактические свойства определяются фазовым составом.

 Содержание

1. Фазовый состав и микроструктура

2. Возможные фазы  

3. Структурные составляющие сплавов

4. Диаграммы состояний

5. Фазовые превращения

6. Фазовый состав и свойства сплавов

7. Примеси в металлах и сплавах

8. Фазовый состав медных сплавов

1. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ и МИКРОСТРУКТУРА

      Чистые металлы после кристаллизации всегда состоят из кристаллитов одного типа, т.е. из зерен одинакового химического состава. Совокупность зерен (кристаллитов) одинакового химического состава называется фазой. Все чистые металлы являются однофазными.

       В отличие от чистых металлов процесс образования сплавов намного сложнее. Результат кристаллизации редко бывает однозначным, поскольку  определяется несколькими факторами: взаимной растворимостью компонент, условиями охлаждения, последующей термообработкой. Если сплав состоит из зерен одного химического состава, то он является однофазным (гомогенным). Если образуются кристаллы разного химического состава, то сплав считается многофазным (гетерогенным), а разновидности образующихся кристаллов определяют его

фазовый состав.

        Зерна разных фаз могут по-разному сосуществовать друг с другом. Невооруженным глазом зёренное строение не видно, оно доступно только при  микроскопическом исследовании полированных, предварительно протравленных шлифов. Строение сплава, наблюдаемое через микроскоп, называется

микроструктурой (на практике очень часто говорят просто «структура»). 

     Участки микроструктуры, которые одинаково выглядят при рассмотрении через микроскоп, называются структурными составляющими. Они имеют однообразную форму, дисперсность (размеры) и взаимное расположение зерен. Структурные составляющие могут состоять из а) кристаллов одной фазы  или б) из зерен нескольких фаз.

     Свойства сплавов определяются их микроструктурой, т.е. видом и составом структурных составляющих, которые, в свою очередь, определяются фазовым составом.

 

2. ВОЗМОЖНЫЕ ФАЗЫ в СПЛАВАХ

     Кратко рассмотрим фазы, которые  могут существовать в сплавах.

    2.1. Твердый раствор

     Твердые растворы составляют основу большинства промышленных сплавов. Например, стали – многокомпонентные твердые растворы на основе железа, латуни и бронзы — твердые растворы на основе меди.

   Твердый раствор это кристаллическое образование, состоящее из атомов разного сорта, которые образовали общую кристаллическую решетку. Важно, что эта решетка того же типа,  что и решетка основного металла (растворителя), хотя имеет искажения, степень которых возрастает с увеличением доли растворенной компоненты. Свойства твердого раствора изменяются по отношению к свойствам основного металла пропорционально доле атомов, вошедших в раствор. В частности,  увеличивается прочность. По этой причине сплавы на основе твердого раствора всегда прочнее «базового» металла.

      По степени концентрации растворенной компоненты твердый раствор может быть ненасы-щенным, насыщенным и пересыщенным.   

     Чаще всего растворимость одного металла в другом не только ограничена, но и зависит от температуры. Например, максимальная растворимость хрома в меди при 1072^оС составляет 0.65%, а при 400^оС только 0.05%.  Если концентрация хрома в сплаве меньше 0.05%, то всегда образуются кристаллы ненасыщенного твердого раствора.

     При большей концентрации возможны варианты. Медленное охлаждение приведет к тому, что при комнатной температуре будут существовать кристаллы насыщенного твердого раствора с предельной концентрацией хрома 0.05%, а остальная часть хрома выделится в виде избыточных кристаллов хрома. При быстром же охлаждении (закалка) образуются зерна пересыщенного твердого раствора (с концентрацией хрома выше предельной). Кристаллы пересыщенного раствора содержат больше растворенной компоненты, чем кристаллы насыщенного раствора. Поэтому закаленный сплав имеет большую прочность, чем медленно охлажденный, при этом уровень пластичности сохраняется (если же закалка приводит к мартенситному превращению, например в сталях, то упрочнение сопровождается снижением пластичности).

     Ненасыщенный раствор устойчив к изменениям температуры, являясь стабильной фазой. Пересыщенный раствор является метастабильной, т.е. неустойчивой фазой. При определенных условиях он распадается на насыщенный раствор и избыточные кристаллы растворенной компоненты (или химического соединения, образованного компонентами сплава). Этот процесс лежит в основе термоупрочнения сплавов с переменной растворимостью.

      Твердый раствор, образованный основным металлом сплава,  называется ?-твердым раствором (?-фаза).   В многокомпонентных  сплавах в ?-раствор могут входить не одна, а несколько компонент. Обычно введение одной компоненты изменяет растворимость другой.         

     Твердый раствор может образоваться и на основе легирующей компоненты, а также на основе некоторых химических соединений (см. ниже).  

                                                                                                                        2.2. Чистые металлы

 В сплавах могут присутствовать кристаллы чистых металлов (образующих эти сплавы). Они образуются  в тех случаях, когда  компоненты сплавов растворимы в жидком, но нерастворимы в твердом состоянии (например в системах Pb-Sb, Sn-Zn, Bi-Cd).

  2.3. Химические соединения

     Сплавы могут содержать компоненты, которые образуют друг с другом химические соединения. Это могут быть соединения металлов с металлами (например, Mg₂Si, Cu₂FeAl₇) или с неметаллами. Самым известным является соединение  Fe₃C в сталях — цементит.    Большинство химических соединений очень хрупкие и твердые.

         Особое место занимают, так называемые, электронные соединения. Это название связано с тем, что для них имеются определенные соотношения между числом атомов N_a и числом валентных электронов N

e. Каждому такому соотношению соответствует определенный тип кристаллической решетки и устоявшееся название:

?—фаза (Na : Ne = 3/2) имеет объемно-центрированную кубическую решетку  (например, CuZn, Cu₅Sn).

?—фаза (Na : Ne = 21/13) имеет  сложную кубическую решетку (например Cu₅Zn₈, Cu₃₁Sn₈).

     Многие химические соединения могут растворять в себе другие металлы. Тогда,  на основе химического соединения образуется твердый раствор. Например ?–фаза в латуни  — это твердый раствор меди в соединении CuZn.

 3. СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ СПЛАВОВ

       Чистые металлы – однофазны, поскольку состоят только из  кристаллов чистого металла. Сплавы могут быть и однофазными и многофазными. Однофазные сплавы всегда состоят из  кристаллов твердого раствора одного вида (состава).

      В многофазных сплавах может одновременно присутствовать несколько  структурных составляющих:  1) кристаллы твердого раствора (одного или нескольких составов), 2) кристаллы химических соединений, 3)  кристаллы компонент сплава, 4) эвтектики и 5) эвтектоиды.

       Первые три структурных составляющих представляют собой кристаллы рассмотренных выше фаз. А

эвтектики и эвтектоиды – это однородные композиции из кристаллов разных фаз. Важно, что кристаллы в них сильно измельчены по сравнению с кристаллами твердого раствора или первичными кристаллами.  При рассмотрении в микроскоп они выглядят одинаковыми участками, имеют особые свойства и поэтому являются самостоятельными структурными составляющими.

       Эвтектика — это композиция из кристаллов, которые образуются при распаде жидкого раствора (при первичной кристаллизации). В зависимости от состава они обозначаются следующим образом:

Эвт (А+В) – первичные кристаллы чистых металлов А и В.

Эвт (?+В) – зерна твердого раствора ? и  кристаллы компоненты В.

Эвт (А_mB_n+?) – кристаллы химического соединения А_mB_n и твердого раствора ? и т.д.   

      Эвтектики имеют важную особенность. Они плавятся при температуре, которая меньше  температуры плавления составляющих её фаз.

     Другой тип структурной составляющей, внешне похожий на эвтектику – эвтектоид. Он образуется из твердой фазы (при вторичной кристаллизации), поэтому при нагреве эвтектоид не плавится. Пример обозначения: Эвт-д (? + ?) — эвтектоидная смесь состоит из кристаллов твердых растворов ? и ?.  Самый известный пример эвтектоида — перлит в углеродистых сталях.

      Особой структурной составляющей является мартенсит (чаще всего образуется в сталях).

            Большинство сплавов при изменении температуры  изменяют свой фазовый состав и, следовательно, микроструктуру. Фотографии микроструктур различных сплавов с описанием их структурных составляющих можно посмотреть на сайте microstructure.ru.    Подробно в учебнике. 

 4. ДИАГРАММЫ  СОСТОЯНИЯ

    Описание любых сплавов всегда начинается с рассмотрения их диаграмм состояний. Поэтому имеет смысл разобраться, что на них изображено и зачем они нужны. Существует с десяток видов диаграмм.

    Одна из  них  показана на рисунке и описывает систему, две компоненты которой (А и В) неограниченно растворимы в жидком состоянии, но ограниченно растворимы в твердом состоянии. По вертикальной оси отложена температура, по горизонтальной – концентрация компоненты В. Такая  диаграмма позволяет рассматривать свойства целого семейства сплавов.

       Линии KCD  и KE показывают как зависят от концентрации В температуры начала (ликвидус T_L) и  окончания кристаллизации (солидус T_S).  Величина интервала кристаллизации,   (T_L – T_S), в котором растут кристаллы твердого раствора А и В, зависит от состава сплава.

            Линия SE (линия сольвус) характеризует растворимость компоненты В от температуры (в данном случае она уменьшается при охлаждении). Линии солидус и сольвус пересекаются в точке Е. Ей соответствует температура Тэвт, при которой кристаллы твердого раствора, растущие из расплава, становятся насыщенными и поэтому не могут расти дальше. 

      Поскольку  «нормальная» кристаллизация не завершается, отвердение жидкой фазы должно закончиться иначе: при температуре Т_ЭВТ из оставшейся части жидкого раствора образуется эвтектика. Соответствующая температура называется эвтектической, а линия EF – линией эвтектики.

      Пересечение линии солидус с линией эвтектики определяет точку С (точка эвтектики). Ей соответствует состав сплава, называемый эвтектическим. Видно, что эвтектический состав имеет температуру (а не интервал!) плавления Т_ЭВТ, которая ниже температуры плавления компонент, составляющих сплав. Этот факт объясняет происхождение термина: на древнегреческом «эвтектика» означает «легкоплавкая».   

          Диаграмма состояния позволяет определить:

1. области существования сплавов с однотипной микроструктурой (на рисунке выделены цветом)   

2. превращения, которые могут происходить при изменении температуры

3. возможные фазы и структурные составляющие, которые и определяют свойства сплавов.

4. интервалы кристаллизации и температуры  проведения различных видов термообработки.

 

5. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ в СПЛАВАХ

        Сразу отметим, что диаграммы состояния отражают изменения, которые происходят только при медленном понижении температуры.  Однако они помогают рассмотривать и быстропротекающие процессоы. Покажем это на примере приведенной диаграммы.

       1. Сплавы типа (1). Концентрация В < B_min.

      После завершения кристаллизации сплав состоит из одной фазы (твердый раствор В в А) при любых температурах. Фаза А(В) называется ?-фазой или ?-раствором. В таких сплавах фазовый состав не меняется с температурой и не зависит от скорости охлаждения.

       2. Сплавы типа (2). Концентрация  B_min<В<B_max.

      Сразу после кристаллизации сплав состоит из зерён  ?-раствора, т.е. является однофазным. Но после охлаждения до Т₂, соответствующей пределу растворимости для данной концентрации, кристаллы твердого раствора уже не могут содержать столько компоненты В, сколько её содержится в сплаве. Поэтому после охлаждения твердый раствор будет иметь состав, соответствующий минимальной растворимости компоненты В, а её избыточная часть выделится из ?-раствора в виде вторичных кристаллов В₂ (или кристаллов химического соединения). Такой процесс называется распадом твердого раствора (вторичная кристаллизация). Насыщенный раствор обозначим ?_s.

      Следовательно, ниже температуры Т₂ сплав становится двухфазным: ?_s+B₂. Количество вторичных кристаллов в сплавах тем больше, чем ближе  концентрация к B_{maх ^.}  Описанный процесс происходит только при медленном охлаждении.

      При быстром охлаждении (закалка) получается однофазный сплав: вторичные кристаллы не успевают выделиться, и получается пересыщенный твердый раствор. Это второй вариант существования сплава с такой концентрацией.

      Если сплав с фазой пересыщенного твердого раствора нагреть выше Т₂, выдержать при этой температуре (старение), а затем медленно охладить, то получится сплав с мелкодисперсными выделениями вторичных кристаллов. Это приводит к увеличению пределов текучести и прочности. Это третий вариант существования сплава той же концентрации.

       3. Сплавы типа (3). Концентрация  B_max<В<B_ЭВТ – «доэвтектические» сплавы.

       После полного охлаждения сплав состоит в основном из ?_s и Эвт. Кристаллы твердого раствора ?_s успели сформироваться в ходе «обычной» кристаллизации, а эвтектика образовалась из «недокристаллизовавшейся» части жидкого раствора.

     4. Сплавы типа (4). Концентрация  В>B_ЭВТ– «заэвтектические» сплавы.

     «Обычная» кристаллизация прерывается при Т_ЭВТ и жидкая часть кристаллизуется в виде эвтектики.  После полного охлаждения  сплав состоит из двух структурных составляющих: В и Эвт.

     5. Сплав (5). Концентрация  В=B_С – эвтектический сплав.

    Для сплава с таким составом кристаллизация происходит не в интервале температур, а при эвтектической температуре с  образованием  одной лишь эвтектики, состоящей из  мелких кристаллов обеих компонент: Эвт(А+В).  При больших скоростях кристаллизации чисто эвтектическую структуру будут иметь  сплавы, отличающиеся по составу от эвтектического.    

         Даже из рассмотренного частного случая можно сделать важные выводы:    

     1) небольшие количественные изменения химического состава могут качественно изменить фазовый состав и микроструктуру сплава.

     2) для многих сплавов фазовый состав и микроструктура зависят от скорости охлаждения после кристаллизации или последующей термообработки.

6. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ и СВОЙСТВА СПЛАВОВ

     Механические, технологические и другие свойства, в конечном счете, определяются фазовым составом и структурными составляющими. Этим объясняется целесообразность существования большого количества сплавов, часто «незначительно» отличающихся по своему химическому составу.  Существует определенная связь между фазовым составом и свойствами сплавов.

      1. Однофазные сплавы на основе ненасыщенного ?-раствора имеют высокую пластичность при низких и высоких температурах, поэтому хорошо поддаются и холодной и горячей деформации. Отсутствие фазовых превращений при изменении температуры исключает возможность их термоупрочнения, поэтому они упрочняются только холодной деформацией.

     2. Многофазные сплавы с малопластичными или хрупкими фазами имеют пониженную пластичность. Обычно они ограниченно поддаются обработке давлением (например, только в «горячем» или «холодном» состоянии) или вообще не деформируются.

     3. Сплавы, имеющие в своем составе компоненты с переменной растворимостью, допускают термоупрочнение (путем закалки и последующего старения).

       4. Сплавы с составом, близким к эвтектическому, имеют повышенные литейные свойства (из-за отсутствия крупных первичных кристаллов применяются доэвтектические сплавы).

      Сплавы, допускающие горячую и (или) холодную обработку давлением (прессование, волочение, прокатка, ковка) относятся к деформируемым сплавам. Сплавы с хорошими литейными свойствами называются литейными. Такое деление часто условное, т.к. многие сплавы используются и как деформируемые и как литейные.

     По способу упрочнения сплавы делят на термоупрочняемые и упрочняемые давлением. Многие сплавы допускают упрочнение и термообработкой и давлением.

 7. ПРИМЕСИ в МЕТАЛЛАХ и СПЛАВАХ

      В заключение вкратце рассмотрим влияние примесей. Они неизбежно присутствуют в металлах и сплавах, в той или иной степени ухудшая их свойства. Сначала рассмотрим влияние примесей на «чистые» металлы.

       1. Примесь растворима в металле.

      В этом случае она  образует с металлом твердый раствор  малой концентрации. При этом самостоятельная структурная составляющая не образуется. Такие примеси слабо влияют на механические свойства металлов, но сильно изменяют их физико-химические свойства – ухудшают коррозионную стойкость, тепло- и электропроводность.

       2. Примесь нерастворима в металле.

      В этом случае примесь входит в металл в составе  эвтектики, которая выпадает по границам зерен основного металла. Нерастворимые примеси могут влиять на механические и технологические свойства металлов даже в малых концентрациях.

    В частности, нерастворимые легкоплавкие примеси приводят к красноломкости.  Это относится, например, к примесям Pb, Bi и Sb  в меди. Висмут, не растворяясь в меди, присутствует в ней в составе эвтектики. Она состоит практически из чистого висмута (0.2%Cu+99.8%Bi) и плавится при 270^оС. При нагреве эвтектика плавится, образуя межкристаллитные прослойки жидкой фазы, что ведет к снижению пластичности при температурах 300-400^оС (красноломкость). Тугоплавкие примеси образуют тугоплавкие эвтектики и к красноломкости не приводят.

        3. Примесь образует с основным металлом химическое соединение.

     Например, кислород образует с медью закись меди Cu₂O. Её кристаллы входят в эвтектику Эвт(Cu — Cu₂O), располагающуюся по границам кристаллов меди.     Т.е. кислород присутствует в меди в составе эвтектики. Примеси серы и фосфора образуют с медью сульфиды и фосфиды, которые образуют самостоятельные структурные составляющие. Такие примеси обычно ухудшают механические и технологические свойства. Например, кислородсодержащая медь менее технологична при производстве тонкой проволоки, (электропроводность при этом уменьшается незначительно).

 4.  Различные примеси взаимодействуют между собой, образуя самостоятельное соединение.

     Обычно это проявляется в уменьшении пластичности. Но в некоторых случаях происходит нейтрализация вредного воздействия  одних примесей другими. Например, примесь висмута в меди,  взаимодействуя с кислородом, образует окись висмута, которая оказывает менее вредное действие, чем кислород и висмут по отдельности.

      Общий вывод состоит в следующем. Растворимые примеси изменяют физико-химические свойства металла.  Примеси, образующие структурные составляющие, влияют на механические и технологические свойства и часто ухудшают коррозионные свойства. Увеличение содержания примесей часто ведет к увеличению температуры начала рекристаллизации, т.е. улучшает жаропрочность.

         Из сказанного следует, что свойства чистых металлов характеризует не содержание основного металла, а количество конкретных примесей. Разные примеси присутствуют в разной форме и по-разному влияют на свойства основного металла. Поэтому для конкретных целей металл с чистотой 99.6% может оказаться хуже  металла 99.5%, если у них разное содержание критической примеси.

      Сказанное в отношении чистых металлов, в целом справедливо и для сплавов.

     Например, нерастворимые в меди примеси Pb, Bi и Sb, образуя легкоплавкие эвтектики,  являются такими же вредными примесями в простых латунях, как и в меди. В  многокомпонентных сплавах количество примесей всегда больше, чем в чистых металлах (они попадают в сплав с каждой компонентой), кроме того, они могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с легирующими компонентами. Структурные составляющие, образованные примесями, как правило, ухудшают коррозионные свойства, конструкционную прочность и технологичность сплавов. Поэтому сплавы, предназначенные для ответственного применения, производят из металлов повышенной чистоты. 

подробнее  в  пособии

 8. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ  (и структура) МЕДНЫХ СПЛАВОВ 

     В качестве иллюстрации материала рассмотрим фазовый состав латуней и бронз.

                                                                   8.1. СТРУКТУРА ЛАТУНЕЙ

           Простые латуни Л90, Л85, Л80, Л75, Л70, Л68 – это однофазные сплавы, состоящие из кристаллов ?-твердого раствора цинка в меди (их называют ?-латуни). Чем больше цинка вошло в ?-раствор, тем латунь прочнее. Все ?-латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

    Предельная растворимость цинка в меди примерно 35% — это граница существования ?-фазы. В сплавах с большим содержанием цинка его избыточная часть образует с медью электронное соединение  CuZn. Часть меди растворяется в CuZn, образуя кристаллы ?-твердого раствора. Т.е. присутствуют кристаллы двух видов твердого раствора. Так образуются двухфазные (?+?) латуни Л60 и Л59.

     Выше 460^оС ?-фаза является неупорядоченным раствором с хорошей пластичностью. Ниже 460^оС ?-твердый раствор упорядочивается и становится хрупким. Поэтому двухфазные (?+?) латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии (когда пластичны обе фазы) и хуже при обычных температурах (когда пластична только ?-фаза).

      Латунь Л63 имеет небольшое количество ?–фазы и формально должна считаться двойной (?+?) латунью. Но малое количество ?-фазы практически не проявляется на большинстве свойств, поэтому её чаще рассматривают как однофазный сплав. Тем не менее, при быстром охлаждении после отжига содержание  ? – фазы может оказаться значительным и пластичность снизится. 

      Специальные латуни кроме цинка содержат и другие легирующие элементы. Они могут входить (в определенных пределах) в ?-твердый раствор наряду с цинком. Al, Si, Sn, Fe уменьшают растворимость цинка в меди, т.е. граница существования  ?-фазы сдвигается в сторону меньших концентраций цинка. Легирование никелем, наоборот, смещает границу ?-фазы в область больших концентраций.

     Однофазными  ?-латунями  являются: ЛО90-1, ЛО70-1, ЛК80-3, ЛН65-5, ЛА85-0.5 Они имеют высокую пластичность и хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

      Двухфазными (?+?) латунями являются: ЛО62-1, ЛО60-1, ЛМц58-2, ЛАН59-3-2.   

     Легирование железом приводит к образованию ?_Fe -фазы, представляющей раствор на основе железа. К многофазным латуням (?+?+?_Fe) относятся ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1.

        В твердом состоянии свинец практически нерастворим в меди, ?- и ?- растворах. Это означает, что свинец  присутствует в виде самостоятельных включений и не сдвигает границу существо-вания ?-раствора . Свинцовые латуни ЛС74-3 и ЛС63-3 имеют структуру (?+Pb). Латуни ЛС59-1 и ЛС58-3 имеют три структурных составляющих (?+?+Pb). Во всех случаях фаза свинца обеспечивает отличную обрабатываемость резанием.

     Двух- и многофазные латуни ограниченно обрабатываются давлением.

      Большая область существования ?-раствора в латунях допускает высокие уровни легирования (до 40-45%), а количество  возможных фаз  и структурных составляющих невелико. Легирующие элементы имеют постоянную растворимость, поэтому латуни не  упрочняются термообработкой.  

 8.2. СТРУКТУРА БРОНЗОВЫХ СПЛАВОВ

      В бронзовых сплавах используется большое количество легирующих элементов в самых разных сочетаниях. Они характеризуются многообразием структурных составляющих и сильной зависимостью фазового состава от способа получения полуфабриката. Некоторые компоненты имеют переменную растворимость, что допускает термоупрочнение некоторых бронз.  

        Оловянные бронзы.

     Основные легирующие элементы кроме олова – свинец, цинк, фосфор.

     Твердый ?-раствор на основе меди может содержать лишь несколько процентов олова и цинка и доли процента фосфора.     При увеличении содержания олова образуется ? фаза. Это электронное соединение Cu₃₁Sn₈. Избыточная часть фосфора образует химическое соединение Cu₃P.      Свинец не растворяется в твердом растворе и располагается в виде самостоятельных включений между ветвями дендритов и заполняет поры усадочных раковин. Свинец не влияет на растворимость других компонент.

Приведем примеры структур (при комнатных температурах) для трех групп сплавов — Cu-Sn-Zn (БрОЦ), Cu-Sn-Zn-Pb (БрОЦС), Cu-Sn-P (БрОФ): 

БрОЦ4-3 (однофазная). Структура: кристаллы ?-раствора. Деформируемая (Обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии).

БрОЦ10-2 (двухфазная). Структура: кристаллы ?–раствора и эвтектоид (?+?). Давлением не обрабатывается (литейная).

БрОЦС4-4-2.5 и БрОЦС4-4-4 (двухфазные). Структура: кристаллы ?–раствора и  включения Pb. Деформируемые. Обрабатываются давлением в холодном состоянии. В горячем — не деформируются из-за  влияния свинцовых включений.

БрОЦС 5-5-5, БрОЦС6-6-3 и другие с большим уровнем легирования. Структура:  кристаллы ?–раствора, включения Pb, эвтектоид (?+?). Количество эвтектоида растет с увеличением содержания олова и зависит от скорости охлаждения. Давлением не обрабатываются (литейные).

БрОФ4-0.2 (однофазная). Структура: кристаллы  ?–раствора. Деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрОФ6.5-0.15. Состоит из кристаллов ?–раствора но после неравновесной кристаллизации может содержать эвтектику (?+Cu₃P) и Эвтектоид (?+?). Деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрОФ10-1. Структура: кристаллы ?-раствора, эвтектика (?+Cu₃P), эвтектоид (?+?). Давлением не обрабатывается (литейная).

     Приведенные примеры показывают, как с увеличением легирования растет количество структурных составляющих. При этом ухудшается технологическая пластичность и бронзы из класса деформируемых переходят в категорию литейных.

     Алюминиевые бронзы.

Твердый ?—раствор на основе меди может содержать до 8% Al.

При его большем количестве  при кристаллизации образуется ?—фаза (раствор на основе Сu₃Al), которая при 565^оС распадается на эвтектоид (?+?₂). Фаза ?₂— это раствор на основе Cu₉Al₄. Высоко-температурная ?-фаза пластичная, фаза ?2 — твердая и хрупкая.

 Алюминиевые бронзы дополнительно легируются Fe, Mn, Ni. Марганец входит в ?— и ?— растворы. Железо частично входит в ?–раствор, кроме этого на его основе образуется твердый раствор?_Fe . Приведем структуру этих бронз при комнатной температуре:

БрА5 и БрА7: однофазные со структурой ?–раствора. Деформируемые (в холодном и горячем состоянии).

БрАМц9-2: кристаллы ?–раствора и эвт-ид (?+?2). Бронза деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрАЖ9-4: кристаллы ?–раствора, кристаллы ?_Fe  и эвт-ид (?+?2). Бронза деформируемая (в горячем состоянии).

 

Текст не закончен

 

Сплавы — Знаешь как

Содержание статьи

Металлы нерастворимы в обычных растворителях: воде, спирте, эфире и др., но в расплавленном состоянии могут взаимно растворяться или смешиваться друг с другом, образуя сплавы.

Большинство расплавленных металлов смешивается в любых пропорциях, подобно тому, как смешивается спирт с водой. Но некоторые металлы растворяются один в другом лишь до известной степени. Так, например, если смешать расплавленные цинк и свинец, то при отстаивании смеси образуется два слоя: нижний — свинец, в котором растворено немного цинка, верхний — цинк, содержащий некоторое количество свинца.

При сплавлении металлов происходит или простое растворение одного металла в другом, или, что чаще, металлы вступают в химическое соединение, поэтому сплавы обычно представляют собой смеси свободных металлов с их химическими соединениями, образование которых нередко сопровождается значительным тепловым эффектом. Например, при погружении алюминия в расплавленную медь выделяется столько тепла, что вся масса раскаляется добела.

Сплав что это

Многие металлы образуют по несколько различных соединений друг с другом, как, например, AuZn, Au₃Zn₅, AuZn₃, Na₄Sn, NaSn, NaSn2 и др.

Твердые сплавы иногда совершенно однородны: в таком случае они представляют собой или определенное химическое соединение, или однородную смесь неопределенного состава, называемую твердым раствором. Последний образуется, если атомы смешиваемых металлов могут замещать друг друга в кристаллической решетке, не нарушая ее структуры. Благодаря такой замене получаются совершенно однородные смешанные кристаллы, содержащие одновременно атомы обоих металлов и обусловливающие полную однородность сплава. Большинство сплавов, однако, неоднородно и состоит из кристаллов отдельных металлов, смешанных с кристаллами химических соединений металлов (если такие соединения образуются при сплавлении). Металлы образуют сплавы не только друг с другом, но также и с некоторыми металлоидами; например, чугун и сталь представляют собой сплавы железа с углем.

Рис. 134. Диаграмма плавкости системы Bi—Cd

Если сплавляемые металлы не образуют химических соединений или твердого раствора, то при охлаждении сплава один из компонентов начинает выделяться в твердом виде. Например, если охлаждать жидкий сплав, состоящий из 10 весовых частей свинца и 90 весовых частей олова, то сперва выделяются кристаллы чистого олова совершенно так же, как при замерзании разбавленного раствора сахара в воде сначала выделяется чистый лед. Температура, при которой начинается выделение олова из сплава, лежит ниже, чем температура затвердевания чистого олова. Определив понижение температуры затвердевания олова при растворении в нем свинца, можно вычислить молекулярный вес последнего, руководствуясь теми же правилами, что и для водных растворов. Таким путем были определены молекулярные веса многих металлов, причем оказалось, что металлы в разбавленных металлических растворах большей частью существуют в виде отдельных атомов.

Определение состава сплава

Для определения состава сплавов методы химического анализа мало пригодны, так как во многих случаях невозможно выделить из сплава образующиеся соединения металлов. Поэтому при изучении сплавов на первом месте стоят физические методы исследования. В разработке этих методов выдающаяся роль принадлежит русскому ученому Н. С. Курнакову, создавшему новую научную дисциплину —физико-химический анализ.

Физико-химический анализ позволяет количественно исследовать ход изменения какого-либо физического свойства (давления пара, температуры плавления, уд. веса, вязкости, электропроводности и т. п.) системы, образованной обычно двумя веществами при непрерывно меняющемся ее составе. Результаты исследования наносят на диаграмму состав—свойство, причем состав всегда откладывается по горизонтальной оси и выражается в процентах одного из компонентов (составных частей) системы, а свойство, выраженное числовым значением соответствующей физической константы, — по вертикальной оси. Такие диаграммы позволяют по виду полученных кривых не только обнаруживать происходящие в системе превращения, но и дают указания относительно характера С этих превращений, состава получающихся продуктов, образования твердых растворов и т. д. В настоящее время методами физико-химического анализа широко пользуются в металлургической, силикатной, химической и других отраслях промышленности.

Сплавы и Николай Семенович Курнаков

Многочисленные работы Курнакова по выяснению природы металлических сплавов внесли ясность в понимание процессов, происходящих при затвердевании сплавов. В частности, при изучении сплавов им были открыты химические соединения, состав которых может изменяться в довольно широких пределах. Эти соединения переменного состава Курнаков назвал бертоллидами по имени Бертолле, допускавшего их существование, предложив для обычных соединений постоянного состава название дальтониды.

Николай Семенович Курнаков родился 6 декабря (23 ноября) 1860 г. в г. Нолинске Вятской губ. Высшее образование получил в Петербургском горном институте, который окончил в 1882 г. В 1893 г. после защиты диссертации «О сложных металлических основаниях» Курнаков был назначен профессором кафедры неорганической химии Горного института, а в 1913 г. занял кафедру общей химии а Петербургском политехническом институте, которой руководил до 1930 г.

В 1913 г. Курнаков был избран ординарным академиком.

В первый период своей научной деятельности Курнаков занимался изучением строения и свойств комплексных соединений. На эту тему написана и его докторская диссертация. Главные же исследования Курнакова посвящены металлическим сплавам, к изучению которых он применил термический анализ и другие приемы созданного им физико-химического анализа, а также металлографию (см. сноску на стр. 554). Эти исследования вскрыли ряд весьма важных закономерностей, объясняющих поведение металлов при сплавлении и позволяющих заранее предсказать физико-химические и механические свойства сплавов.

Работы Курнакова имели не только теоретическое, но и огромное практическое значение.

Наряду с исследованиями сплавов Курнаков уделял много времени и внимания изучению природных соляных растворов. Его работы в этой области позволили разрешить ряд важнейших проблем в использовании отечественных соляных ресурсов и привели к открытию крупнейших в мире месторождений калийных солей в Соликамском районе.

Николай Семенович Курнаков (1860—1941)

Из различных видов физико-химического анализа при изучении сплавов чаще всего применяется термический анализ, начало которому было положено в 60-х годах прошлого столетия русским металлургом Д. К. Черновым.

Термический анализ заключается в построении и изучении диаграмм плавкости, которые выражают зависимость температур плавления сплавов от процентного содержания составных частей.

Чтобы иметь представление о термическом анализе, рассмотрим несколько примеров.

На рис. 134 изображена диаграмма плавкости системы висмут— кадмий. По горизонтальной оси указано процентное содержание металлов в сплаве, по вертикальной—точки плавления. Точка А кривой АСВ показывает температуру плавления чистого висмута (271°). По мере прибавления к нему кадмия температура плавления понижается вплоть до некоторой точки С, а затем при дальнейшем увеличении содержания кадмия в смеси снова начинает расти по кривой СБ, пока не достигнет точки В, показывающей температуру плавления чистого кадмия (321°). Если исходить из кадмия, постепенно прибавляя к смеси все больше и больше висмута, то сперва температуры плавления будут понижаться до точки С, а затем возрастать до точки А.

При охлаждении жидкого сплава, содержащего, положим, 20% кадмия и 80% висмута, из него при некоторой температуре, соответствующей точке К, начнет выкристаллизовываться чистый висмут, так что остающийся жидкий сплав будет становиться беднее этим веществом. По мере выделения кристаллов висмута температура будет падать, и когда достигнет точки С (140°), весь остававшийся жидким сплав начнет затвердевать, как одно целое, при постоянной температуре. Аналогичная картина получится, если охлаждать сплав, содержащий 60% Cd и 40% Bi, только теперь вначале будет выделяться кадмий .

Температура 140°, представляющая собой самую низкую температуру плавления, какую только может иметь сплав висмута с кадмием, называется эвтектической температурой, а сплав, отвечающий по составу этой точке, — эвтектической смесью или просто эвтектикой. В данном случае эвтектика содержит 40% кадмия и 60% висмута.

Пока сплав содержит меньше 40% кадмия, при охлаждении сплава выделяется висмут, играющий, таким образом, роль растворителя, кадмий же является растворенным веществом. В точке С роли висмута и кадмия меняются. Из сплавов, содержащих более 40% кадмия, сперва выкристаллизовывается кадмий, теперь кадмий — растворитель, а висмут — растворенное вещество. И только в том случае, когда содержание кадмия в сплаве составляет 40%, оба металла начинают кристаллизоваться

Рис. 135. Микрофотография эвтектического сплава Sn—Рb

одновременно, образуя эвтектику» При исследования эвтектики под микроскопом она оказывается состоящей из мельчайших кристалликов висмута и кадмия, тесно к перемешанных друг с другом . Сплавы висмута с кадмием иного состава содержат крупные; кристаллы одного из металлов, вкрапленные в сплошную массу эвтектики.

В соответствии со всем сказанным на диаграмме плавкости системы висмут — кадмий (см. рис. 134) можно выделить пять областей: I — жидкий сплав кадмия с висмутом; II — смесь жидкого сплава и кристаллов висмута; III — смесь жидкого сплава и кристаллов кадмия; IV — смесь эвтектики и кристаллов висмута; V — смесь эвтектики и кристаллов кадмия.

Диаграммы плавкости строят обычно, исходя из кривых охлаждения сплавов. Для получения этих кривых берут два чистых металла и приготовляют из них ряд смесей различного состава. Каждую из приготовленных смесей расплавляют и затем медленно охлаждают, отмечая через точно определенные промежутки времени температуру остывающего сплава.

По данным наблюдений строят кривые охлаждения, откладывая на оси абсцисс время, а на оси ординат — температуру.

Для таких исследовании, составляющих содержание специальной научной дисциплины — металлографии, небольшой участок сплава шлифуют и полируют, пока не получится блестящая зеркальная поверхность.

Отполированную поверхность травят раствором какой-нибудь кислоты, щелочи или другого реактива Одни вещества сильнее разъедаются реактивом, другие меньше, и на отполированной поверхности выступают очертания составных частей сплава. Полученный шлиф изучается под микроскопом в отраженном свете. На рис 135 показан шлиф эвтектического сплава олова и свинца. Основы металлографии были заложены более 100 лет назад русским инженером П. П.Аносовым, впервые начавшим применять описанный метод исследования на уральских Златоустовскид заводах.

Диаграмма плавкости

Иногда остановки в падении температуры наблюдаются и на кривой охлаждения твердого металла, указывая на какие-то связанные с выделением тепла процессы, происходящие уже в твердом веществе, например переход из одной аллотропической формы в другую.

Несколько иной вид имеет кривая охлаждения сплава двух металлов. Такая кривая изображена на рис. 136 справа. Точка k, как и на первой кривой, отвечает началу затвердевания сплава, началу выделения кристаллов одного из входящих в сплав металлов. При этом состав остающегося в жидком состоянии сплава изменяется и температура его затвердевания непрерывно понижается во время кристаллизации. Однако выделяющееся при кристаллизации тепло все же замедляет ход охлаждения, вследствие чего в точке k происходит некоторый перелом кривой. Выпадение кристаллов и равномерное понижение температуры происходят до тех пор, пока сплав не достигнет эвтектического состава. Тогда падение температуры останавливается (точка k, так как выделение эвтектики идет при постоянной температуре. Когда выделение эвтектики закончится, температура снова начинает падать по плавной кривой cb.

Рис. 136. Построение диаграммы плавкости по кривым охлаждения

На основании ряда полученных таким образом кривых для различных сплавов двух металлов строится диаграмма плавкости данной системы. Построение ее для системы Bi — Cd схематически показано на рис. 136. Кривые 1 и 7 относятся к затвердеванию чистых металлов висмута и кадмия; все остальные кривые выражают остывание сплавов с постепенно уменьшающимся содержанием висмута. Из них кривая 4 отвечает затвердеванию сплава эвтектического состава (60% Bi и 40% Cd). диаграммы плавкости, аналогичные рассмотренной нами, получаются только в простейших случаях, когда сплавляемые металлы не образуют ни химических соединений, ни твердого раствора. Примером подобных сплавов, кроме описанного, могут служить сплавы: меди с серебром (эвтектика содержит 28% Сu и 72% Ag),свинца с сурьмой (эвтектика при 13% Sb и 87% Рb) и многие другие.

Более сложный вид имеют диаграммы плавкости в тех случаях, когда два металла при сплавлении не просто растворяются друг в друге, но образуют одно или несколько химических соединений.

На рис. 138 изображена диаграмма плавкости системы магний — свинец, двух веществ, образующих определённое химическое соединение Mg₂Pb. Здесь мы видим две эвтектические точки — В и D, отвечающие температурам 460 и 250°. Выдающийся максимум на кривой ABCDE (точка С) соответствует температурепла-вления Mg₂Pb, а точка М на оси абсцисс указывает его состав. По линии АВ из сплава при охлаждении выделяется магний, по линии ED— свинец и по линии BCD — Mg₂Pb. Так, если охлаждать жидкий сплав, содержащий, положим, 40% свинца (60% магния), то из него сперва будут выделяться кристаллы магния; по мере их выделения температура будет снижаться и когда она упадет до 460°, вся оставшаяся еще жидкой часть сплава начнет при постоянной температуре затвердевать, образуя эвтектическую смесь мельчайших кристалликов магния и химического соединения Mg₂Pb.

Подобный же результат получится при охлаждении жидкого сплава, содержащего, например, 75% свинца, но в этом случае сначала будут выделяться кристаллы Mg₂Pb. Это будет происходить до тех пор, пока температура не снизится до 460° — точки образования эвтектики.

Аналогичные процессы с выделением эвтектики при 250° происходят при содержании в сплаве более 80% свинца (см. кривую CDE на рис. 137).

Таким образом, левая половина кривой от точки А до точки С представляет собой кривую плавкости сплавов магния и Mg₂Pb, а правая — от точки С до точки Е — кривую плавкости сплавов свинца и Mg₂Pb.

Эвтектика

Рис. 137. Диаграмма плавкости системы Mg—Рb

Если два металла образуют при сплавлении несколько химических соединений, то на кривой плавкости получается такое же число максимумов, определяющих состав этих соединений.

Таким образом, термический анализ позволяет судить как о природе сплавов вообще, так и о числе и составе соединений, образуемых сплавляемыми металлами, от чего в конечном счете зависят все свойства сплавов.

Пример. По диаграмме плавкости системы Bi — Cd определить: а) какой металл будет выделяться в первую очередь при охлаждении жидкого сплава, содержащего 50% висмута и 50% кадмия; б) сколько граммов этого металла выделится из 500 г сплава до момента образования эвтектики.

1. Из рис. 134 на стр. 553 видно, что точка, отвечающая температуре, при которой начинается затвердевание сплава, должна лежать на кривой ВС выше точки С. Поэтому при охлаждении сплава в первую очередь будет выделяться кадмий до тех пор, пока состав остающейся жидкой части сплава не достигает эвтектики.

2. Так как эвтектика содержит 60% висмута, то, очевидно, весь висмут должен будет войти в состав эвтектики. Тогда вес входящего в эвтектику кадмия определится из пропорции

60: 40 = 250 : x

откуда

x = (40 • 250):60 = 166,7 г. Cd

Следовательно, до момента образования эвтектики выделится

250— 166,7 = 83,3 г Cd

Благодаря термическому анализу открыто существование огромного числа соединений одних металлов с другими, носящих общее название интерметаллических соединений. Больше всего таких соединений, насколько пока известно, образуют щелочные и щелочноземельные металлы с металлами нечетных подгрупп, обладающими сравнительно слабыми металлическими свойствами.

Интерметаллические сплавы

Состав интерметаллических соединений обычно выражается формулами, совершенно несовместимыми с теми валентностями, которые металлы проявляют в соединениях с металлоидами. Так, например, натрий образует с оловом и свинцом следующие ряды соединений:

NaSn₆NaSn₄, NaSn₃, NaSn₂, NaSn, Na₄Sn₂, Na₂Sn, Na₃Sn, Na₄Sn, NaPb, Na₂Pb, Na₄Pb

Многие интерметаллические соединения очень прочны и не разлагаются при температурах, лежащих значительно выше их точек плавления.

Интерметаллические соединения обладают способностью растворяться в жидком аммиаке, образуя проводящие ток растворы. При электролизе таких растворов один из металлов, менее электроположительный, выделяется на аноде, другой— на катоде. Например, при электролизе раствора Na₄Pb₉на аноде выделяется свинец, а на катоде — натрий.

В растворах интерметаллические соединения могут вступать в реакции обмена с различными солями. Например:

 2Ca(NO₃)₂+ K₄Pb =Ca₂Pb + 4KNO₃

Металлы могут вытесняться из интерметаллических соединений другими металлами совершенно так же, как из обыкновенных солей.

Образование интерметаллических соединений теоретически пока еще не объяснено. Установлено лишь, что очень близкие по химическим свойствам металлы обычно не образуют соединений друг с другом.

В последнее время при изучении сплавов широко применяются методы рентгеновского анализа, позволяющие устанавливать внутреннее строение кристаллов, образующих сплав, и определять их кристаллические решетки.

Свойства сплавов во многом отличаются от свойств сплавляемых металлов, отнюдь не являясь их средними арифметическими, ввиду образования при сплавлении различных химических соединений или твердых растворов.

Температура плавления сплавов очень часто бывает ниже температуры плавления наиболее легкоплавкой составной части сплава. Примером сплава с очень низкой температурой плавления может служить сплав, состоящий из свинца (4 ч.), олова (2 ч.), висмута (6 ч.) и кадмия (1 ч.). Он плавится около 75°, т. е. уже при опускании в горячую воду, между тем как температура плавления самого легкоплавкого из четырех названных металлов — олова — равна 231,9°. Наоборот, твердость сплавов обычно больше твердости их составных частей, особенно если при сплавлении образуются химические соединения металлов, которые, как правило, тверже, чем сплавляемые металлы, но зато и более хрупки. Очень большой твердостью обладают сплавы, содержащие твердые растворы.

203 204 205

Вы читаете, статья на тему Сплавы

Лекция №2. Теория сплавов

Лекция №2. Теория сплавов

Рассмотрим ряд основополагающих определений и понятий.

Сплав – вещество, полученное сплавлением двух и более элементов (компонентов). Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называются металлическим сплавом.

По количеству компонентов сплавы соответственно называются двойными, тройными и многокомпонентными.

Структурные составляющие – обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями.

Система – совокупность тел (твердых, жидких) в определенном объеме при определенных внешних условиях, взятых для исследования.

Компонент – простейшая часть (вещество) из образующих систему. В металлических сплавах компонентами являются элементы (металлы и неметаллы) и химические соединения (не диссоциирующие при нагревании)

Фаза – однородная часть системы, имеющая физическую границу раздела (поверхность), при переходе через которую химические состав или структура изменяются скачком.

2.1. Строение сплавов

Чистые металлы находят довольно ограниченное применение. Основными конструкционными материалами являются металлические сплавы. В основном сплавы получают путём кристаллизации жидкого расплава нескольких металлов, но могут быть и другие пути – спеканием, диффузией, осаждением и другие.

Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях и образуют однородный жидкий раствор с равномерным распределением атомов одного металла среди атомов другого металла.

При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов. По характеру взаимодействия компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, твердые растворы и химические соединения.

Механическая смесь двух компонентов образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению.

Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристаллическую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состоящая из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения компонентов.

Если механическая смесь образуется при первичной кристаллизации, она называется эвтектической, если в результате вторичной – эвтектоидной.

Твердые растворы образуются, когда один компонент растворяется в другом. Тогда в твердом состоянии атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого. Если атомы кристаллической решетки одного компонента А частичного замещаются атомами другого В, образуются твердые растворы замещения, рис. 2.1а. Твердые растворы замещения образуются элементами, атомные радиусы которых отличаются не более чем на 8 – 15%, но и в этом случае кристаллическая решетка растворителя искажается, не утрачивая своего строения.

Если атомы растворимого компонента В внедряются в пустоты решетки растворителя А, то образуются твердые растворы внедрения (рис. 2.1б). Следовательно, атомы растворимого элемента должны быть соизмеримы с пустотами кристаллической решетки растворителя. Концентрация твердых растворов внедрения не может быть высокой – не более 1…2%.

Рис. 2.1. Схемы твердых растворов замещения (а) внедрения (б)

Твердый раствор имеет однородную структуру и одну кристаллическую решетку. Обозначают твердые растворы буквами греческого алфавита α, β, γ, δ и т.д.

Химическое соединение образуется, если компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. Химическое соединение имеет свою кристаллическую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. При этом сохраняется кратное соотношение компонентов, что позволяет выразить состав химического соединения формулой А_nВ_m.

Свойства химического соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов при этом они, как правило, обладают большой твердостью и хрупкостью (карбиды, нитриды и др.). Химическое соединение имеет однородную структуру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен, и может играть роль компонента в сплавах.

2.2. Диаграммы состояния двойных сплавов

Диаграмма состояния – графическое изображение состояния сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации в нем компонентов и температуры. Диаграмма состояния показывает равновесные, устойчивые состояния сплава, т.е. такие, которые при данных условиях обладают минимальной свободной энергией.

Построение диаграмм состояния осуществляют различными экспериментальными методами. Наиболее часто используется метод термического анализа. Он заключается в том, что составляют несколько сплавов с различной концентрацией компонентов, расплавляют их и медленно охлаждают, фиксируя время охлаждения и температуру.

По полученным данным строят серию кривых охлаждения в координатах: время (τ, сек) – температура (t,°С), на которых наблюдают точки перегибов и температурные остановки – критические точки фазовых переходов (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Кривая охлаждения сплава

В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур, поэтому на кривых охлаждения сплавов есть две критические точки. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (t_л), начинается кристаллизация. В нижней критической точке — солидус (t_с) кристаллизация завершается.

Диаграмму строят в координатах температура – концентрация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых состояний. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов различных концентраций. При построении диаграммы критические точки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму (оси температура – концентрация) и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие. Линия начала кристаллизации сплавов на диаграмме называется линией ликвидус, а линия окончания кристаллизации – солидус.

Вид диаграммы зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты.

Диаграмма состояния сплавов,

образующих механические смеси чистых компонентов (1 тип)

Рассмотрим кривые охлаждения нескольких сплавов системы А – В, имеющих различный состав (рис. 2.3). Кристаллизация чистого компонента А (100%) начинается в т.1 и заканчивается в т.1*, протекая при постоянной температуре. Выше этой температуры компонент А находится в жидком состоянии, ниже – в твердом. Аналогично происходит кристаллизация чистого компонента В.

Кривая охлаждения сплава (60% А + 40%В) аналогична кривым охлаждения чистых компонентов. На ней имеется также только одна температурная остановка 2-2*, т.е. кристаллизация происходит при постоянной температуре. Особенность кристаллизации этого сплава заключается в том, что происходит одновременная кристаллизация обоих компонентов – появляются и растут кристаллы, образуя мелкокристаллическую механическую смесь обоих компонентов (А+В).

Механическая смесь двух или более разнородных кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой (от эвтэо (греч.) – легкоплавкий). Сплав, отвечающий составу эвтектики, называют эвтектическим сплавом. Он имеет постоянную и минимальную температуру плавления (кристаллизации) для сплавов данной системы и постоянный химический состав.

Рис. 2.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси

чистых компонентов, состав сплавов: 1 – 100%А, 2 – 80%А+20%В,

3 – 60%А+40%В, 4 – 20%А+80%В, 5 – 100%В

Кристаллизация сплава (80%А + 20%В) происходит иначе. На кривой имеются две кристаллические точки: точка перегиба 1 и температурная остановка 2-2*. Выше т.1 сплав находится в жидком состоянии, в т.1 появляются первые зародыши кристаллов компонента А – начало кристаллизации. Выделение и рост зерен А продолжается до т.2. При этой температуре жидкий сплав, вследствие удаления из расплава компонента А в виде твердых кристаллов, приобретет эвтектический состав (60%А + 40%В) и при постоянной температуре, равной эвтектической, произойдет одновременная кристаллизация обоих компонентов (А+В), т.е. произойдет эвтектическое превращение.

Сказанное в равной степени относится и к сплаву (20%А + 80%В), отличие состоит лишь в том, что на участке 1–2 происходит образование и рост зерен компонента В. Для этих сплавов характерной особенностью является то, что кристаллизация на участке 1–2 происходит в интервале температур.

Полученные критические точки перенесем на диаграмму, где координатами будут концентрация и температура. Если затем соединить линией все точки начала кристаллизации (линия АСВ) и точки окончания кристаллизации линия (ДСF), то получим диаграмму состояния системы А – В. Линия АСВ – геометрическое место точек ликвидус, называется линией ликвидус. Линия ДСF – линией солидус. Выше линии ликвидус находится жидкость (расплав), ниже линии солидус – сплавы находятся в твердом состоянии. Сплав, отвечающий составу эвтектики (точка С), как уже указывалось, называется эвтектическим. Сплавы, находящиеся левее точки С, называют доэвтектическими. Их структура – избыточные кристаллы А и эвтектика (А+В). Сплавы, расположенные правее точки С, – заэвтектические, их структура кристаллы – В и эвтектика (А+В). Из этого следует что А, В и эвтектика (А+В) являются структурными составляющими сплавов.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии (2 тип)

Для таких сплавов возможно образование двух фаз: жидкого сплава Ж и твердого раствора α. На диаграмме две линии, верхняя – ликвидус и нижняя – солидус (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью

в твердом состоянии (3 тип)

В таких сплавах могут существовать три фазы: жидкий раствор (Ж), твердый раствор компонента В в компоненте А – (α) и твердый раствор компонента А в компоненте В – (β). Эта диаграмма содержит в себе элементы двух предыдущих (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии

Линия АСВ – линия ликвидус, линия АЕСFВ – линия солидус. Линия ЕСF – линия эвтектики. Таким образом, здесь также образуется эвтектика, доэвтектические и заэвтектические сплавы. Линия РЕ – линия ограниченной растворимости компонента В в компоненте А, по этой линии происходит выделение вторичных кристаллов β_II (вследствие уменьшения растворимости компонента В в компоненте А с понижением температуры). Процесс выделения вторичных кристаллов называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих устойчивые химические соединения (4 тип)

Рис. 2.6. Диаграмма 4 типа

Такая диаграмма характеризуется наличием вертикальной линии, соответствующей соотношению компонентов в химическом соединении А_nВ_m (рис. 2.6). Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рассматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых устойчивым химическим соединением и одним из компонентов. На рисунке представлена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образует с химическим соединением механическую смесь.

2.3. Пластическая деформация, наклеп и рекристаллизация

Пластическая деформация – это необратимая деформация, т.е. ее влияние на форму, структуру и свойства тела сохраняются после снятия нагрузки. При пластической деформации зерна деформируются, вытягиваются в направлении деформации, образуется волокнистая структура, увеличивается число дислокаций. При этом прочность и твердость металла повышается, а пластичность и вязкость снижаются. Явление упрочнения металла при пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

Волокнистое строение и наклеп можно устранить при нагреве металла. Частичное снятие наклепа происходит уже при небольшом нагреве. Снимается искажение кристаллической решетки. Этот процесс называется возвратом (рис. 2.7). Но волокнистая структура при этом сохраняется.

При нагреве до более высоких температур в металле происходит образование новых равноосных зерен. Такой процесс называют рекристаллизацией. Наклеп при этом снимается полностью. Различают рекристаллизацию первичную и собирательную.

Рекристаллизация первичная (участок 1–2 на рис. 2.7) заключается в образовании зародышей и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой.

Собирательная рекристаллизация – вторая стадия процесса, заключающаяся в росте образовавшихся новых зерен. Рост зерен обусловлен стремлением системы к более равновесному состоянию за счет уменьшения внутренней поверхности зерен. Особенность собирательной рекристаллизации – вторичная рекристаллизация – рост отдельных зерен за счет других. Основными факторами, определяющими величину зерен, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень деформации.

Рис. 2.7. Схема изменения структуры и свойств наклепанного металла

при возврате (отдыхе) и рекристаллизации

Температура, при которой идет процесс рекристаллизации, называется температурой рекристаллизации. Абсолютная температура рекристаллизации

Т_р = аТ_пл,

где а – коэффициент, зависящий от структуры и состава металла. Для особо чистых металлов а = 0,2, для металлов технической чистоты а = 0,3 – 0,4, для сплавов а = 0,5 – 0,6.

На практике наклеп устраняют рекристаллизационным отжигом.

Если деформирование происходит при температуре выше температуры рекристаллизации, то наклепа не происходит. Такая деформация называется горячей. Деформация, которая происходит при температуре ниже температуры рекристаллизации, называется холодной.

Легкоплавкие сплавы — Википедия

Состав сплава	Tпл, °C	Плот- ность г/см³	Область приме- нения	Примечание	Другие сведения
висмут 76,5 %, таллий 23,5 %	198		Т, П	Кислотоупорен	Эвтектический сплав
олово 89 %, цинк 11 %	198		Т, П
висмут 47,5 %, таллий 52,5 %	188		Т		Эвтектический сплав
висмут 44,2 %, свинец 9,8 %, таллий 48 %	186		Т	∑?	Эвтектический сплав
олово 62 %, свинец 38 %	183	8,5	Т, П		~ПОС 61
олово 64 %, свинец 36 %	181		Т, П		Эвтектический сплав, ~ПОС 63
натрий 70 %, ртуть 30 %	181		Т	Хим.акт, Токсичен.
кадмий 32 %, олово 68 %	177 (178)		Т, П	Токсичен.	Эвтектический сплав
свинец 32 %, олово 68 %	177		Т, П
висмут 12,8 %, свинец 49 %, олово 38,2 %	172		Т, П
калий 80 %, таллий 20 %	165		Т	Хим.акт
висмут 13,3 %, свинец 46 %, олово 40,1 %	165		Т, П	∑?
висмут 10,5 %, свинец 42 %, олово 47,5 %	160		Т, П
висмут 13,7 %, свинец 44,8 %, олово 41,5 %	160		Т, П		Эвтектический сплав
висмут 16 %, свинец 36 %, олово 48 %	155		Т, П
висмут 18,1 %, свинец 36,2 %, олово 45,7 %	151		Т, П
висмут 25 %, свинец 50 %, олово 25 %	149		Т, П
висмут 62,5 %, кадмий 37,5 %	149		Т, П	Токсичен.
висмут 19 %, свинец 38 %, олово 43 %	148		Т, П
висмут 50 %, свинец 50 %	145		Т, П
свинец 32 %, олово 50 %, кадмий 18 %	145		Т, П	Токсичен.
висмут 60 %, кадмий 40 %	144		Т, П	Токсичен.	Эвтектический сплав
свинец 42 %, олово 37 %	143		Т, П	∑?
кадмий 18,2 %, свинец 30,6 %, олово 51,2 %	142	8,8	Т, П	Токсичен.	~ПОСК 50-18
висмут 57 %, таллий 43 %	139		Т		Эвтектический сплав
висмут 57 %, олово 43 %	139		Т, П		Эвтектический сплав
ртуть 70 %, калий 30 %	135		Т	Хим.акт, Токсичен.
калий 90 %, таллий 10 %	133		Т	Хим.акт
висмут 28,5 %, свинец 43 %, олово 28,5 %	132		Т, П
висмут 56 %, олово 40 %, цинк 4 %	130		Т, П		Эвтектический сплав
висмут 43 %, свинец 43 %, олово 13 %	128		Т, П	∑?
висмут 27,2 %, свинец 44,5 %, олово 33,3 %	127		Т, П	∑?
висмут 56,5 %, свинец 43,5 %	125		Т, П		Эвтектический сплав
олово 52 %, индий 48 %	125		П		~ПОИн 52
висмут 33,4 %, свинец 33,3 %, олово 33,3 %	123		Т, П		~ПОСВ 33
висмут 36,5 %, свинец 36,5 %, олово 27 %	117		Т, П
висмут 40 %, свинец 40 %, олово 20 %	113		Т, П		Висмутовый Сплав
висмут 42,1 %, свинец 42,1 %, олово 15,8 %	108		Т, П

Сплавы: древние и новые

В чистом виде металлы используются редко. В то же время нас окружают различные соединения металлов и их сплавы. Сплавы — это вещества, состоящие из химических элементов, хотя бы один из которых является металлом. Сплавы включают основу (один или несколько металлов), малые добавки специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также примеси (природные, технологические и случайные).

В литейном цеху идет изготовление стали

Очень давно было замечено, что если смешать расплавленные металлы и остудить полученную смесь, то получится вещество, свойства которого отличаются от свойств каждого из металлов.

В состав сплавов могут входить только металлы или металлы с неметаллами. Свое название сплав обычно получает от названия элемента, который содержится в нем в самом большом количестве и составляет основу. Так, если основой является железо, то сплавы называются черными. А если основа — цветной металл, то и сплавы называются цветными. Существуют также сплавы редких металлов и сплавы радиоактивных металлов.

Изделия из нержавеющей стали

Самые распространенные черные сплавы — сталь и чугун. Оба являются смесью железа и углерода, однако чугун содержит углерода намного больше, чем сталь. Помимо этого в чугун входят сера, фосфор, марганец и кремний. В сталь также добавляются эти элементы, но в гораздо меньших количествах. Чугун — хрупкий материал. Его используют там, где не требуется ковка. А вот сталь не только прочна, но и пластична, поэтому она широко применяется в металлических конструкциях, механизмах, деталях, режущих инструментах и т.д. В домашней обстановке нас окружают изделия из нержавеющей стали: ножи, вилки, ложки, ножницы, терки, кастрюли.

Существуют различные способы получения сплавов. Если смешивают расплавленные компоненты, а затем производят кристаллизацию полученного расплава, то получают литой сплав. Кристаллизация — это процесс перехода из жидкого состояния в твердое. При этом образуется соединение с кристаллической структурой. Если же смешивают порошки компонентов, а затем спекают смесь при высокой температуре, то получают сплав, который называется порошковым.

Чугун применяется для производства посуды

Наиболее распространенные сплавы меди — бронза и латунь. Сплав меди с оловом называют бронзой. Еще в III тысячелетии до н. э. из меди изготавливались орудия труда, так как ее залежи в то время были огромны. Сначала медь соединяли с мышьяком — такую бронзу называли мышьяковой. Ее изготовление наносило вред здоровью работников, потому что мышьяк ядовит. Недаром кузнецы в древности описывались как уродливые люди, а бог Гефест, работавший с металлом, считался хромым. Позднее установили, что если медь соединить с оловом, то получается вещество, лучше поддающееся литью. Так была получена оловянная бронза. В наше время бронза применяется в машиностроении для изготовления различных деталей.

В XV в. из бронзы начали отливать пушки

Ваза из латуни — сплава меди с цинком

Сплав для авиации

Дюралюминий — соединение алюминия с медью, магнием и марганцем. Применяется в авиационной промышленности и авиастроении.

На авиационном заводе. Дюралюминий используется для строительства самолетов

Откуда взялся Фунт Стерлингов

Стерлинг — название сплава из 92,5% (и выше) серебра и 7,5% других металлов, обычно меди (серебро 925-й пробы и выше). Чистое серебро 999-й пробы слишком мягкое и не подходит для создания больших предметов, поэтому его обычно сплавляют с медью, чтобы придать прочность и при этом сохранить пластичность и красоту благородного металла.

Название «стерлинг» появилось в XII в. Первоначально так называли древнюю английскую серебряную монету. 240 монет весили 1 фунт (453,6 г). Стоимость крупных покупок рассчитывали в фунтах стерлингов. С другой стороны, это был способ проверки полновесности монет: если вес 240 монет не был равен 1 фунту, монеты могли быть фальшивыми или слишком изношенными.

Поделиться ссылкой

Таблица состава сплавов

— Большая химическая энциклопедия

Помимо состава сплава (таблица 2-19), коррозионное поведение титана в восстанавливающих кислотах очень зависит от концентрации кислоты, температуры и примесей в кислоте (Schutz and Thomas, 1987). Кривые анодной поляризации титана в растворах серной кислоты показали, что критический ток для пассивации при фиксированной температуре увеличивается с концентрацией кислоты (Levy, 1967, Peters and Myers, 1967) и с температурой при данной концентрации кислоты (Levy, 1967).На рис. 2-29 показаны скорости коррозии Ti Gr 2 и других сплавов в зависимости от концентрации чистой соляной кислоты при температурах кипения. По мере увеличения концентрации кислоты скорость коррозии Ti Gr 2 быстро увеличивается. [Pg.660] Система нумерации

и Единая система нумерации (UNS), которые были разработаны ASTM и SAE для применения ко всем коммерческим металлам и сплавам, определяют конкретные составы сплавов. В таблицах с 5.1 по 5.3 сравниваются обозначения ASI и UNS для нержавеющих сталей.[Стр.100]

LI ОТВЕТ 1 ИЗ 2 АВТОРСКИЕ ПРАВА 1994 Таблица состава сплавов GMELIN Компонент W A … [Стр.265]

Таблица 13. Составы высокотемпературных эвтектических сплавов …

В таблице 8 указана совместимость магния с различными химическими веществами и общими веществами. Поскольку присутствие даже небольшого количества примесей в химическом веществе может привести к значительному изменению рабочих характеристик, положительный ответ в таблице означает только то, что испытания в реальных условиях эксплуатации являются гарантией (132).К другим факторам, которые могут значительно повлиять на совместимость магния, относятся наличие гальванических пар, колебания рабочих температур, состава сплава или уровней влажности. [Стр.333]

Таблица 5. Легированный состав жаропрочных сталей …

Составы сплавов и формы продуктов. Номинальные составы различных износостойких сплавов на основе кобальта приведены в Таблице 5. Шесть наиболее популярных износостойких сплавов на основе кобальта заняли первое место.Сплавы SteUite 1, 6 и 12, производные исходных сплавов кобальт-хром-вольфрам, характеризуются содержанием в них углерода и вольфрама. SteUite aUoy 1 — самый твердый, устойчивый к истиранию и наименее пластичный. [Pg.374]

Составы сплавов и формы продуктов. SteUite 21, один из первых жаропрочных сплавов на основе кобальта, используется в первую очередь для повышения износостойкости. Использование вольфрама, а не молибдена, умеренное содержание никеля, более низкое содержание углерода и добавки редкоземельных элементов типичны для жаропрочных сплавов на основе кобальта 1990-х годов, как это видно из таблицы 5.[Pg.375]

В таблице 7 представлен состав золотых сплавов, доступных для коммерческого использования. Средний коэффициент теплового расширения для первых шести сплавов Hsted составляет (14-15) × 10 Дж ° C от комнатной температуры до примерно 1000 ° C. Два непрозрачных фарфора, используемых с ними, имеют коэффициент теплового расширения 6,45 и 7,88 × 10 от комнатной температуры. до 820 ° С (91). Значения HV для этих сплавов составляют 109… 193, а предел прочности при растяжении составляет 464… 509 МПа (67-74 X 10 фунтов на кв. Дюйм). Для последних четырех сплавов в таблице 7 значения HV составляют 102–216, а предел прочности на разрыв составляет 358–662 МПа (52–96 x 10 фунтов на кв. Дюйм), в зависимости от термической предыстории.[Pg.483]

Значения текущего содержания Q и Q «для наиболее важных анодных металлов приведены в таблице 6-1. Эти данные относятся только к чистым металлам, а не к сплавам. Для них значения Q соответствуют составу сплава. можно рассчитать по … [Pg.181]

В дополнение к сплавам, указанным в Таблице 4.21, сплавы Ni-Sn и ​​Ni-Ti также обладают полезной коррозионной стойкостью. Сплавы Ni-Sn чрезвычайно хрупкие и, следовательно, используются только в качестве электроосажденных покрытий.Изучены сплавы Ni-Ti в широком диапазоне составов, из которых, возможно, интерметаллическое соединение NiTi (55 06Ni-44-94Ti) вызвало наибольший интерес.[Pg.761]

Типичные составы сплавов приведены Hochmann et al. (Таблица 8.2). В некоторые сплавы добавляют молибден или медь. [Pg.1207]

Принимая во внимание боковые вариации в составе, которые могут возникнуть в результате геометрии и расположения источника (обсуждаются в разделе II), целесообразно анализировать пленку сплава в ряде характерных точек. Например, если каталитическая реакция проводилась над пленкой сплава, осажденной внутри сферического сосуда, поддерживаемого при постоянной температуре по всей его площади, то требуется средний состав сплава (и однородность состава).Удобная процедура состоит в том, чтобы осторожно разрезать стеклянные реакционные сосуды на куски в конце эксперимента и определить состав с помощью рентгенофлуоресцентного анализа ряда репрезентативных кусков. Составы пленок сплава Pd-Ag (40), определенные в 12 репрезентативных частях сферического сосуда по интенсивности флуоресцентного рентгеновского излучения AgK 12 и PdKau, показаны в таблице V. Средние составы перечислены в первом столбце. (Источники Pd и Ag представляли собой отдельные короткие концентрические спирали.) В других случаях применения напыленных пленок сплавов для адсорбционных и каталитических исследований достигается хорошая или лучшая однородность состава. Анализы пяти секций цилиндрического … [Pg.134]

Сравнивались огнезащитные свойства различных антипиреновых добавок в промышленном сплаве поликарбонат / АБС. Оксида сурьмы не требовалось. Данные показывают, что бромированный фосфат является высокоэффективным антипиреном в этом сплаве (Таблица XI). Состав сплава, содержащий 14% бромированного фосфата и не содержащий оксида сурьмы, дает оценку V-0 (Таблица XII).Индекс расплава этого сплава, содержащего 12% бромированного полистирола, составил 7,6 г / 10 мин. (при 250 ° C) эквивалентная смола, содержащая бромированный фосфат, имела индекс расплава 13,3 г / 10 мин. [Pg.261]

Типичные изотермы давление-состав для системы LaNi5-h3 показаны на Рисунке 2 (14). Из графиков In Pplateau vs-1 / T несколько исследователей определили экспериментальные теплоты и энтропии реакции 1. Энтальпии — это теплоты образования гидрида / J-фазы из сплава, насыщенного водородом a-фазы (см. Таблицу I ).[Pg.336]

Подставляя в формулу (30) числа m, mu m2, m3, lu l2, h из таблицы 1 и известные формулы для вероятностей (7), находим растворимость примеси внедрения в сплаве каждого структура соответственно для окта- и тетраэдрических междоузлий в зависимости от состава сплава, температуры и степени дальнего порядка. [Pg.285]

ТАБЛИЦА 2 суммирует упругие постоянные и постоянные решетки для каждого бинарного соединения [20-23]. Определение состава сплава этим методом сильно зависит от точности упругих постоянных.Упругие постоянные AIN и GaN были точно измерены методом рассеяния Бриллюэна [21-23], в то время как постоянные InN известны не так точно. В ТАБЛИЦЕ 2 для сравнения также показаны результаты расчетов [23]. [Стр.268]

A9.2 Измерение содержания сплава в GaN и родственных материалах ТАБЛИЦА 1 Состав сплавов, рассчитанный с помощью XRD и EPMA. [Pg.341]

Свойства скелетных Cu-Zn-катализаторов зависят от состава сплава-предшественника, состава выщелачивающего раствора, а также температуры и времени выщелачивания.В таблице 6 показаны свойства катализаторов, использованных Friedrich et al. [26]. Условия выщелачивания, использованные для приготовления катализаторов, были 323 К, 40 мас.% NaOH и время, достаточное для полной реакции Zn и Al с NaOH. Таким образом, катализаторы были полностью выщелочены. Таблица 6 показывает, что при замене меди на цинк в катализаторах из сплава-предшественника с увеличенной площадью поверхности по БЭТ, уменьшенным объемом пор, уменьшенным диаметром пор и уменьшенным размером кристаллитов меди получают. Он также показывает влияние состава сплава-предшественника на свойства поверхности и пор катализаторов.[Стр.33]

---

легирующий состав — это … Что такое легирующий состав?

Reynolds 531 — торговая марка, зарегистрированная в компании Reynolds Cycle Technology из Бирмингема в Соединенном Королевстве, для изготовления велосипедных труб из среднеуглеродистой стали из марганцево-молибдена. Представлен в 1935 году и в течение многих лет был лидером в области производства труб из легированной стали… Wikipedia

сталь — стальная, прил. / сталь /, н. 1. Любая из различных модифицированных форм чугуна, произведенная искусственно, с содержанием углерода меньше, чем в чушках, и больше, чем в кованом чугуне, и обладающая различными характеристиками твердости, эластичности и прочности… Universalium

металлургия — металлургия, металлургия, прил.в металлургии, нареч. Металлург / Мет лерр Йист / или, особенно Брит., / Meuh tal euhr jist /, n. / встретил l err jee / или, особенно. Брит., / Meuh tal euhr jee /, n. 1. техника или наука обработки или нагрева металлов, чтобы…… Universalium

Zamak — слиток Zamak (ранее известный как ZAMAK [1], а также известный как Zamac) — это семейство сплавов с основным металлом цинка и легирующими элементами алюминия, магния и меди. Сплавы Zamak являются частью цинкового сплава… Wikipedia

обработка алюминия — Введение подготовка руды для использования в различных продуктах.Алюминий, или алюминий (Al), представляет собой серебристо-белый металл с температурой плавления 660 ° C (1220 ° F) и плотностью 2,7 грамма на кубический сантиметр. Самый распространенный…… Универсал

материаловедение — изучение характеристик и использования различных материалов, таких как стекло, пластмассы и металлы. [1960 65] * * * Изучение свойств твердых материалов и того, как эти свойства определяются составом и структурой материала, как…… Универсал

химический элемент — Введение, также называемое элементом, любое вещество, которое не может быть разложено на более простые вещества с помощью обычных химических процессов.Элементы — это фундаментальные материалы, из которых состоит вся материя. В этой статье рассматривается…… Universalium

переработка титана — Введение подготовка руды для использования в различных продуктах. Титан (Ti) — мягкий, пластичный металл серебристо-серого цвета с температурой плавления 1675 ° C (3047 ° F). Из-за образования на его поверхности оксидной пленки, которая…… Универсал

Бронза — Эта статья о металлическом сплаве.Для использования в других целях, см Бронза (значения). Бронзовая статуя Натараджи из Индии Чола в Метрополитен-музее, Нью-Йорк. Бронза — это металлический сплав, состоящий в основном из меди, обычно с…… Wikipedia

Инструментальная сталь — Фазы сплава железа Феррит (α-железо, δ-железо) Аустенит (γ-железо) Перлит (88% феррита, 12% цементита)… Wikipedia

Европа, история — Введение в историю европейских народов и культур с доисторических времен до наших дней.Европа — термин более двусмысленный, чем большинство географических выражений. Его этимология сомнительна, как и физическая протяженность территории, которую он обозначает.…… Universalium

Силумин (сплав) Состав, свойства

Группа литейных сплавов на основе алюминия с содержанием кремния от 4 до 22%, называемых силумином. Сплавы обладают высокой устойчивостью к коррозии во влажной среде и морской воде. В состав силумина (сплава) также входит небольшое количество марганца, цинка, титана, железа, меди и кальция.Обладают хорошими литейными и механическими свойствами, легко режутся. Внешний вид больше напоминает чугун, и узнать его, не имея с ним опыта, сложно.

Основные свойства

По свойствам часто сравнивают со сталью (нержавеющей). Следует отметить, что по сравнению с последним он имеет меньший удельный вес. Силумин — сплав алюминия с кремнием. Обладают следующими свойствами:

• Удельная прочность. Показатели и у легированных сталей с близкими значениями, но с учетом того, что вес силумина меньше, конструкция у него лучше;
• Устойчивость к износу;
• Коррозионная стойкость.На металлической поверхности образует защитную пленку, защищающую ее от негативного воздействия окружающей среды;
• Низкий удельный вес, равный 2,8 г / см ³ ;
• Пластичность. При заполнении форм из сплава получают детали сложной конфигурации. Благодаря хорошей отливке процесс литья снижает стоимость;
• Низкая температура плавления. Это около 6000 градусов по Цельсию, что значительно ниже температуры плавления стали. Это свойство также влияет на отливку и снижает стоимость операций;
• Доступная цена.

Эти свойства силумина (сплава) показывают, что этот материал выгодно использовать при изготовлении различных изделий. Однако следует отметить, что он отличается высокой хрупкостью. Осенью изделие из силумина, может потрескаться.

Рекомендовано

Происхождение славян. Влияние разных культур

Славяне (под этим именем), по мнению некоторых исследователей, появились в повести только в 6 веке нашей эры. Однако язык национальности несет в себе архаичные черты индоевропейского сообщества.Это, в свою очередь, говорит о том, что происхождение у славян h …

Артикул

Силумин — это сплав на основе алюминия. В них добавляют кремний и некоторые другие элементы для улучшения свойств. Для быстрого и точного подбора материала с определенным составом и процентным соотношением входящих в него элементов была разработана этикетка сплавов.

Состоит из комбинации цифровых и буквенных символов. Буквами обозначены включенные характеристики, а цифрами — их процентное соотношение, кроме алюминия.Буквы расположены в порядке убывания процентного содержания элемента. Запись АК12Ц3 означает, что сплав содержит 12% кремния, 3% цинка, а все остальное — 85% алюминия.

Типы силумина

Силумин в цветной металлургии делится на:

• Деформируемый (доаутентичный и эвтектический). При литье доаутентифицированных сплавов используется только легированный кремний 4–10%. Иногда небольшое количество примесей, меди и марганца. В эвтектике около 13% кремния.
• Литой (заэвтектический). Они обладают высокой текучестью, что обеспечивает получение отливок сложной формы с тонкими стенками, малой усадкой, малой склонностью к образованию трещин. Содержание кремния до 20%.

Ремонт силумина

Силумин — сплав с повышенной хрупкостью, поэтому изделия из него в процессе эксплуатации могут треснуть.

Для их восстановления использовали эпоксидный клей. Внешний вид восстанавливается, но использовать при больших нагрузках нет необходимости. Для склеивания следует:

• Обезжирить то место, на которое будет наноситься клей, дать высохнуть;
• Клей растворить в соответствии с прилагаемой инструкцией и нанести на обезжиренную поверхность;
• Плотно соедините сломанные детали и забудьте о них на сутки.

Ремонт сваркой

В некоторых случаях поврежденное изделие лучше сварить. Данную процедуру проводят самостоятельно в домашних условиях или по направлению к специалисту. Когда рабочая температура материала повышается, в результате на сплаве появляется оксидная пленка, препятствующая соединению частей изделия. Для устранения этих негативных явлений при сварке используют аргон, обеспечивающий защиту от негативных факторов. Для работы необходимо:

• Подготовить неплавкие вольфрамовые электроды и припой для сварки конструкций из алюминия;
• Обезжирить поверхность;
• Исправление продукта;
• Разогрейте поверхность до 220 градусов Цельсия.Для отвода тепла на сварную металлическую деталь надевается стальная лента;
• Сварите шов на переменном токе;
• Сделайте швы для эстетичного вида.

Изделие готово к работе при легких нагрузках.

Применение

Низкая стоимость в сочетании с технологией позволяет сплав силумина, в состав которого входит алюминий с кремнием, широко используется в народном хозяйстве:

• Машиностроение — поршни, детали шасси, цилиндры, двигатели;
• Самолетостроение — блоки цилиндров, поршни для охлаждения деталей самолетов;
• Оружие — ящики, стволы, детали к пневматическому оружию;
• Газотурбинное оборудование — генераторы, теплообменники;
• Производство бытовой техники-кастрюль, сковородок, казанов, коптильни;
• Скульптурная техника.

В составе силумина (сплава) могут присутствовать добавки, цинк, титан, железо, калий, медь в небольших количествах. Все его марки обладают значительными литейными качествами, текучестью и просто свариваются. Сплаву присущи долговечность и прочность, но это хрупкий материал. Изделия из силумина выдерживают большие нагрузки, но при падении могут треснуть. Это главный недостаток материала.

Группы сплавов

Существует несколько групп силумина, связанных с его использованием:

1. Эвтектика.Маркировка АК12, относится к литейным сплавам, содержащим 12% кремния. Он отличается коррозионной стойкостью, малой усадкой отливок, значительной твердостью, герметичностью. Применяются для литья оборудования, деталей, машин, оборудования сложной формы. Из-за хрупкости не рекомендуется отливать ответственные детали для работы под нагрузкой.
2. Выполнить аутентификацию. Имеет маркировку Ак9ч, отливка имеет высокие технологические свойства, коррозионную стойкость и механическую прочность. Используется для изготовления сложных деталей больших и средних размеров.Сохраняет свойства при температуре до 200 градусов Цельсия. Его большие части работают под большой нагрузкой.
3. Гиперэвтектический. Высоколегированный высоколегированный АК21М2 обладает высокой жаростойкостью и прочностью. Используется для изготовления фасонных отливок. Пойдет на изготовление поршней, работающих в среде высоких температур.

Заключение

Силумин-сплав, в котором алюминий является основным элементом. Добавление кремния делает материал твердым и износостойким.При получении силуминовых отливок не образуются трещины. Нет ни одного сектора экономики, в котором бы не использовались алюминиевые сплавы.

Силумин применяется для изготовления гильз к огнестрельному оружию, запасных частей к автомобилям, мотоциклам, судам, посуде. Все сплавы алюминия и кремния называют силумином. И все они имеют разные свойства. Это зависит от содержания в составе силумина (сплава) кремния, которое может достигать 4–22% от общего количества.

No related posts.