Главная → Статьи

Металлы и сплавы

К компонентам, образующим сплав, относятся химически индивидуальные вещества или их устойчивые соединения. Металлические сплавы состоят либо только из металлов (например, сплав меди и цинка — латунь), либо из металлов с небольшим содержанием неметаллов (сплавы железа с углеродом — чугун и сталь). Изменяя компоненты и соотношения между ними, получают сплавы с самыми разнообразными физическими, механическими или химическими свойствами. После затвердевания в составе сплавов могут образоваться твердые растворы, химические соединения или механические смеси.

Твердые растворы возникают в результате проникновения в кристаллическую решетку основного металла (растворителя) атомов другого металла или неметалла (растворимого компонента). По типу расположения атомов растворимого компонента в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы замещения и внедрения.

Твердый раствор замещения возникает в результате замены части атомов в кристаллической решетке основного металла атомами растворяемого компонента (рис. 9,а). Примерами твердых растворов замещения служат сплавы меди с никелем, железа с никелем, хромом, кремнием, марганцем. В твердом растворе внедрения атомы растворенного компонента размещаются в свободных промежутках между атомами основного металла (рис. 9,6). Обычно твердый раствор внедрения возникает в системе, состоящей из металла и неметалла, например в сплаве железа с углеродом. При образовании твердых растворов металлов повышаются прочность, твердость и электрическое сопротивление, но понижается пластичность в сравнении с основным металлом. Твердые растворы составляют основу технических сплавов: конструкционных, нержавеющих и кислотоупорных сталей, латуней, бронз.

Цементит отличается высокой прочностью и твердостью, но весьма хрупок. Химические соединения металла с металлом называют инт ер металлическими.

Рис. 9. Схемы образования твердых растворов замещения (а) и внедрения (б):
1 — атом основного металла, 2 — атом растворенного вещества

Механические смеси возникают в результате срастания кристаллов компонентов, одновременно выпадающих из жидкого расплава при его охлаждении. В кристаллах, входящих в состав механической смеси, сохраняется кристаллическая решетка исходных компонентов сплава. Таким образом, каждый из компонентов сохраняет свои специфические свойства. Механические смеси могут состоять из чистых компонентов, твердых растворов или химических соединений.

Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные.

К черным металлам относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. На долю черных металлов приходится около 95% производимой в мире металлопродукции. Сталь содержит до 2% углерода. Это — один из основных конструкционных строительных материалов. Из стали изготовляют строительные конструкции, трубопроводы, арматуру для железобетона. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит до 1% марганца, до 0,4% кремния, а также примеси серы и фосфора. Если количество примесей не превышает заданного верхнего предела, их называют нормальными.

В состав легированных сталей кроме железа, углерода и нормальных примесей входят легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1%.

Чугун содержит свыше 2% углерода (обычно в пределах 3…4,5%). В его состав входят также марганец, кремний, сера, фосфор. Основная масса чугуна идет на производство стали. Кроме того, его используют как самостоятельный конструкционный материал. В зависимости от формы связи углерода различают белый и серый чугун.

В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде графита.

К цветным (нежелезным) металлам относят все, кроме железа. Чаще всего в строительстве используют металлы и сдлавы на основе алюминия, меди, титана.

Ваш отзыв