Что такое сплавы приведите примеры сплавов и укажите области их применения

Сплавы металлов

Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла. В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.

Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

Классификация

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

Виды сплавов по их основе

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титановые сплавы

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

Область применения титановых сплавов

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

Алюминиевые сплавы

Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

Алюминиевые сплавы подразделяют на:

Основные преимущества соединений алюминия:

Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

Слитки из алюминиевых сплавов

Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

Медные сплавы

Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.

Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

Твердые сплавы

Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 о С.

В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

Основными сферами применения являются:

Области применения твердых сплавов

Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

Источник

Что называют сплавом? Приведите примеры.

Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Конструкционные сплавы:
стали
чугуны
дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства) :
бронзы
латуни

Для заливки подшипников:
баббит

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:
манганин
нихром

Для изготовления режущих инструментов:
победит

Источник

Виды сплавов в химии и способы их использования

Что такое сплавы — понятие в химии

В процессе сплавления металлы изменяют свои физико-химические свойства. Этими знаниями люди обладают с давних времен. К примеру, 5 тысяч лет назад наши предки освоили технологию изготовления бронзы, которая заключается в сплаве олова и меди. В результате полученный бронзовый сплав приобретает большую твердость по сравнению с теми металлами, которые входят в его состав.

Чистые металлы не обладают нужными свойствами. В связи с этим практически во всех сферах хозяйственной деятельности применяют их сплавы. Такой материал является результатом затвердения двух или более расплавленных веществ.

Сплав — является макроскопически однородной смесью металлов, в состав которой входит два и более химических элементов с преобладанием металлических компонентов.

В процессе получения из материала удаляют следующие примеси:

Сплавы часто применяют в качестве конструкционных материалов. Особым спросом пользуются соединения, в основу которых входят железо и алюминий. В технической отрасли используется свыше 5 тысяч сплавов.

Кроме металлов, сплав может включать в состав вещества, которые являются неметаллами. В качестве примера можно привести углерод и кремний. Путем смешивания металлов и неметаллов в определенных соотношениях получают множество материалов, обладающих неодинаковыми эксплуатационными качествами и полезными свойствами.

Отличия сплава от начальных компонентов могут заключаться в следующих характеристиках:

К примеру, железо в чистом виде является достаточно мягким металлом. Если в расплав железа добавить углерод, то его твердость значительно увеличивается. В зависимости от концентрации углерода различают следующие сплавы железа:

Свойства стали меняют не только путем добавления углерода. С помощью примесей хрома повышают устойчивость стали к коррозии. За счет вольфрама увеличивается твердость материала, благодаря марганцу, сталь становится устойчивой к износу, ванадий повышает прочность сплава.

Классификация сплавов, какие бывают разновидности

В зависимости от метода получения сплавы бывают:

Литые сплавы являются продуктом кристаллизации расплавленных компонентов в смеси. Порошковые сплавы получают в процессе прессования порошкового состава, который затем спекают в условиях высокой температуры. В данном случае составными компонентами могут являться простые вещества и сложные соединения, измельченные в порошок, к примеру, карбиды вольфрама или титана.

Исходя из технологии получения заготовки (изделия), сплавы классифицируют на следующие виды:

Сплавы в твердом агрегатном состоянии бывают таких типов, как:

Роль основы сплава играет твердый раствор, то есть матричная фаза. Фазовый состав гетерогенного сплава определяется его химическим составом. Составными компонентами могут быть следующие материалы:

Примеры решения задач по сплавам

Одним из способов решения задач по химии на сплавы является использование стандартного алгоритма:

Данный способ решения задачи можно рассмотреть на практических примерах.

В первую очередь необходимо составить таблицу, обозначив за х массу второго куска:

Далее следует перейти к составлению системы уравнений. Согласно условиям задачи, третий сплав состоит из 1/11 части олова. Таким образом, масса чистого вещества равна:

1 / 12 * 84 + 1 / 10 * х = 1 / 11 * ( 84 + х )

7 + х / 10 = 84 / 11 + х / 11

х / 10 – х / 11 = 7 / 11

По заданию требовалось вычислить вес второго куска. Он равен 70 кг. Можно записать ответ.

Допустим, что имеются два сплава меди со свинцом. Первый сплав состоит на 15% из меди, а второй — на 65% из меди. Нужно вычислить массу каждого сплава, которые необходимы для получения 200 г сплава, состоящего на 30% из меди.

Первым шагом является составление таблицы. Предположим, что первый сплав по массе равен х, а второй — у. Остальную информацию можно взять из условий задачи:

Концентрация меди в третьем сплаве равна 30%. Масса чистого вещества составит:

Далее следует составить уравнение с использованием массы чистого вещества из таблицы:

Затем можно решить систему уравнений:

По заданию требовалось рассчитать массы первого и второго сплава. Запишем ответ.

Первый сплав содержит 70% меди. Второй сплав состоит из меди на 40%. Требуется определить соотношения сплавов, необходимых для получения нового сплава, который содержит 50% меди.

Так как содержание меди в третьем сплаве равно 50%, масса чистого вещества составит:

Данное уравнение можно приравнять с массой чистого вещества в составе третьего сплава. Информация представлена в таблице. Таким образом:

По заданию необходимо рассчитать отношение первого и второго сплавов в третьем сплаве.

Есть два сплава, в состав которых входят серебро и медь. Первый сплав включает в состав 10% серебра. Второй сплав на 25% состоит из серебра. Требуется рассчитать, сколько килограмм второго сплава потребуется соединить с 10 к г первого сплава для получения сплава, содержащего 20% серебра.

Буквой х можно обозначить массу второго сплава, которую требуется найти. За у можно принять массу полученного сплава. Масса серебра в первом сплаве:

Масса серебра во втором сплаве:

Масса серебра в полученном сплаве:

Таким образом, получена система уравнений для поиска х:

В результате при добавлении 10 кг 10% сплава, 20 кг 25% сплава получается 30 кг 20% сплава.

Дано два сплава. Первый сплав состоит на 10% из никеля. Содержание никеля во втором сплаве равно 30%. Данные сплавы используют для получения третьего сплава, масса которого составляет 200 кг. Содержание никеля в третьем сплаве равно 25%. Необходимо вычислить разницу между массами первого сплава и второго сплава.

Согласно условиям задания:

Масса первого сплава меньше, чем масса второго на 100 кг.

Содержание меди в первом сплаве равно 10%. Второй сплав на 40% состоит из меди. Второй сплав тяжелее, чем первый на 3 кг. Данные сплавы использовали для получения третьего сплава с содержанием меди 30%. Требуется определить массу третьего сплава.

Величину m 2 можно заменить на:

Третий сплав по массе равен:

Способы использования сплавов

Свойства, которые характерны для металлов и сплавов, определяются структурой материалов, то есть кристаллической структурой фаз и микроструктурой. Макроскопические свойства сплавов зависят от микроструктуры и в любом случае отличны от свойств их фаз, которые в свою очередь определяются лишь кристаллической структурой.

Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов обеспечена равномерным распределением фаз в металлической матрице. Сплавы способны проявлять свойства металлов, к примеру:

Самой важной характеристикой сплавов является свариваемость.

Классификация сплавов в зависимости от назначения:

В числе конструкционных следующие сплавы:

Конструкционные сплавы могут иметь особые свойства, в том числе искробезопасность, антифрикционные свойства. К таким материалам относят:

Подшипники заливают из баббита. В изготовлении измерительных и электронагревательных приборов применяют манганин и нихром. Режущие инструменты производят из победита. Широкое применение в промышленности нашли следующие виды сплавов:

К прочности и простоте обработки сплавов, которые используют при изготовлении конструкций, предъявляют высокие требования. В сферах строительства и машиностроения активно применяют сплавы железа и алюминия. Сталь отличается высокими прочностными характеристиками и хорошей твердостью. Материал легко подвергается таким обработкам, как:

Из чугунов изготавливают массивные и высокопрочные детали. К примеру, в прошлом чугун использовали для отливки радиаторов центрального отопления, канализационных трубопроводов. В настоящее время сплав применяют в производстве котлов, перил, мостовых опор. Чугунные изделия получают литьем.

Алюминиевые сплавы для производства конструкций обладают не только прочностью, но и легким весом. Дюралюминий и силумин применяют в сборке самолетов, вагонов, судоходного транспорта. Для изготовления определенных узлов авиатранспорта подходят легкие и устойчивые к высоким температурам сплавы магния.

В ракетостроении используют титановые сплавы, которые обладают необходимой легкостью и термостойкостью. С целью повышения ударопрочности, стойкости к износу и коррозии сплавы легируют, то есть добавляют к ним особые модификаторы. Например, марганец повышает механическую прочность стали. Сделать сталь нержавеющей можно путем введения в сплав хрома.

Инструментальные сплавы используют в производстве:

Инструментальные сплавы отличаются высокой износоустойчивостью и механической прочностью. При высокотемпературном воздействии такие материалы сохраняют стабильность прочностных характеристик. В качестве примера можно привести нержавеющие стали, которые подвергают специальной обработке, то есть закаляют.

Процесс, когда к сплавам добавляют модификаторы, называют легированием. Инструментальные стали обычно легируют с помощью следующих добавок:

Сплавы являются незаменимым ресурсом в производстве приборов с высокой точностью и чувствительностью. Материалы используют для изготовления разных датчиков и преобразователей энергии. К примеру, сердечники трансформаторов и деталей реле производят из никелевых сплавов. Некоторые компоненты электродвигателей состоят из сплавов кобальта.

Сплав никеля с хромом называют нихромом. Материал обладает высоким сопротивлением, что является полезным свойством для нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов. Медные сплавы, в том числе, латунь и бронза, нашли широкое применение в электротехнике и приборостроении.

Из латуни производят приборы с запорными кранами. Подобные устройства используют в сборке систем газоснабжения и водоснабжения. Бронзы необходимы для производства пружин и пружинящих контактов.

Легкоплавкие сплавы отличаются низкой температурой плавления. Данное свойство является полезным в процессе пайки микросхем. Легкоплавкие материалы соответствуют строгим требованиям к плотности, прочности на разрыв, химической инертности, теплопроводности. Такие сплавы получают из следующих металлов:

Легкоплавкие сплавы используют в производстве термодатчиков, термометров, пожарной сигнализации. В качестве примера можно привести сплав Вуда. Материалы нашли широкое применение в литейном деле для выплавки моделей, фиксации костей и протезирования в медицине. Сплав натрия с калием применяют в качестве теплоносителя для охлаждения ядерных реакторов.

Чистые драгоценные металлы редко подходят для изготовления ювелирных украшений. Это связано с их высокой стоимостью, специфическими свойствами. Придать изделиям из золота большую твердость и износоустойчивость позволяет сплав с другими металлами. Поэтому, например, помощью серебра снижают температуру плавления, а медь повышает твердость материала.

Источник

Сплавы металлов, их применение в промышленности

Содержание статьи

Цинковые сплавы

Цинковые сплавы в своем составе содержат такие металлы, как цинк, алюминий, медь и магний. В производстве и быту они применяются для изготовления сувениров, посуды, подшипников, оргтехники, конструкционных механизмов. Они используются в машиностроении, в сфере электромашиностроения и автомобильной промышленности.

Титановые сплавы

Титановые сплавы могут состоять из разнообразных металлов, в основном из алюминия, ванадия, титана, молибдена, марганца, хрома, меди, вольфрама и никеля. Они широко применяются в производстве конструкционных материалов, авиационном строительстве, ракетостроении, в космическом машиностроении, для производства химической посуды и аппаратуры.

Алюминиевые сплавы

Сплавы алюминия в своем составе могут содержать алюминий, магний, медь, цинк, марганец, литий и бериллий. В связи со своей коррозионной стойкостью, сплавы алюминия нашли свое применение в производстве корпусов самолетов и техники, машиностроении, изготовлении электротехнических устройств и материалов, посуды, облицовочных панелей, дверей и электрических кабелей.

Сплавы железа

Железные, или железоуглеродистые сплавы в своем составе содержат другие металлы и неметаллические элементы. Для производства стали, чугуна или ферросплавов применяется железо, углерод, сера, фосфор, марганец, азот, хром, никель, молибден, титан, кобальт и вольфрам. Сплавы железа применяются практически во всех отраслях производства, в области конструкционных материалов, хозяйстве, машиностроении, при производстве инструментов, приборов и деталей.

Медные сплавы

Сплавы меди могут иметь в своем составе цинк, олово, никель, алюминий, бериллий и фосфор. Они нашли широкое применение в отраслях изготовления труб, теплотехнической аппаратуры, подшипников, шестеренок и втулок, деталей, пружин, точных приборов. Также сплавы меди применяются в декоративно-прикладном искусстве и скульптуре.

Твердые сплавы

Твердыми называются сплавы, которые в своем составе содержат карбиды металлов кобальта, никеля, стали и молибдена. Они имеют высокую тугоплавкость, твердость, устойчивость к коррозии, а также износоустойчивость. Применяются твердые сплавы в изготовлении инструментов для обработки других металлов, сплавов и твердых неметаллов, как напайки для рабочих частей буровых агрегатов и как конструкционные материалы.

Источник

Сплавы

Классификация сплавов

Существует несколько способов классификации сплавов:

Свойства сплавов

Свойства сплавов зависят от их структуры. Для сплавов характерны структурно-нечувствительные (определяются природой и концентрацией элементов, составляющих сплавы) и структурно-чувствительные свойства (зависят от характеристик основы). К структурно-нечувствительным свойствам сплавов относятся плотность, температура плавления, теплоту испарения. тепловые и упругие свойства, коэффициент термического расширения.

Также все свойства, характерные для сплавов можно разделить на химические (отношение сплавов к воздействию активных сред – вода, воздух, кислоты и т.д.) и механические (отношение сплавов к воздействию внешних сил). Если химические свойства сплавов определяют путем помещения сплава в агрессивную среду, то для определения механических свойств применяют специальные испытания. Так, чтобы определить прочность, твердость, упругость, пластичность и другие механические свойства проводят испытания на растяжение, ползучесть, ударную вязкость и др.

Основные виды сплавов

Широкое применение среди всевозможных сплавов нашли различные стали, чугун, сплавы на основе меди, свинца, алюминия, магния, а также легкие сплавы.

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Сплавы на основе меди называют латунями, в качестве добавок они содержат от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью).

Среди сплавов на основе свинца выделяют двухкомпонентные (сплавы свинца с оловом или сурьмой) и четырехкомпонентные сплавы (сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом, сплавы свинца с оловом, сурьмой и мышьяком), причем (характерно для двухкомпонентных сплавов) при различном содержании одинаковых компонентов получают разные сплавы. Так, сплав, содержащий 1/3 свинца и 2/3 олова — третник (обычный припой) используется для пайки трубо- и электропроводов, а сплав, содержащий 10-15% свинца и 85-90% олова – пьютер, ранее применялся для отливки столовых приборов.

Сплавы на основе алюминия двухкомпонентные – Al-Si, Al-Mg, Al-Cu. Эти сплавы легко получать и обрабатывать. Они обладают электро- и теплопроводностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми, взрывобезопасны. Сплавы на основе алюминия нашли применение для изготовления легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примеры решения задач

Тогда масса сплавов будет:

Отношение массы олова в новом сплаве к массе нового сплава составляет:

Источник