Classificazione delle leghe di alluminio. Contemporaneamente alla riduzione del ferro, si riducono il silicio, il fosforo, il manganese e altre impurità

Classificazione delle proprietà dei metalli e delle leghe

Le proprietà dei metalli e delle leghe sono divise in 4 gruppi principali:

1. fisico,
2. chimico,
3. meccanico,
4. tecnologico.

Proprietà fisiche dei metalli e delle leghe.

Le proprietà fisiche dei metalli e delle leghe includono colore, densità (peso specifico), fusibilità, espansione termica, conduttività termica, capacità termica, conduttività elettrica e la loro capacità di essere magnetizzati. Queste proprietà sono chiamate fisiche perché si riscontrano in fenomeni che non sono accompagnati da un cambiamento nella composizione chimica della sostanza, cioè i metalli e le leghe rimangono invariati nella composizione quando riscaldati, attraversati da corrente o calore, così come quando sono magnetizzato e fuso. Molte di queste proprietà fisiche hanno unità di misura stabilite in base alle quali vengono giudicate le proprietà del metallo.

Colore.

I metalli e le leghe non sono trasparenti. Anche gli strati sottili di metalli e leghe non sono in grado di trasmettere raggi, ma hanno una lucentezza esterna alla luce riflessa, e ciascuno dei metalli e delle leghe ha la sua speciale tonalità di lucentezza o, come si dice, colore. Ad esempio, il rame è rosa-rosso, lo zinco è grigio, lo stagno è bianco lucido, ecc.

Peso specifico - questo è il peso 1 cm3 metallo, lega o qualsiasi altra sostanza in grammi. Ad esempio, il peso specifico del ferro puro è 7,88 g/cm3 .

Fusione- la capacità dei metalli e delle leghe di trasformarsi da solido a liquido è caratterizzata dal loro punto di fusione. I metalli che hanno un punto di fusione elevato sono chiamati refrattari (tungsteno, platino, cromo, ecc.). I metalli con un basso punto di fusione sono detti fusibili (stagno, piombo, ecc.).

Dilatazione termica - la proprietà dei metalli e delle leghe di aumentare di volume quando riscaldati, caratterizzata da coefficienti di dilatazione lineare e volumetrica. Coefficiente di dilatazione lineare: il rapporto tra l'incremento della lunghezza di un campione di metallo quando riscaldato 1° alla lunghezza del campione originale. Coefficiente di espansione del volume: il rapporto tra l'aumento del volume del metallo quando riscaldato 1° al volume originale. Il coefficiente volumetrico è assunto pari al triplo del coefficiente di dilatazione lineare. Metalli diversi hanno coefficienti di dilatazione lineare diversi. Ad esempio, il coefficiente di dilatazione lineare dell'acciaio è uguale a 0,000012 , rame - 0,000017 , alluminio- 0,000023 . Conoscendo il coefficiente di dilatazione lineare del metallo, puoi determinarne il valore di allungamento:

1. Determiniamo quanto verrà estesa la lunghezza della tubazione in acciaio 5000 mt quando riscaldato a 20°C :

5000 0,000012 20 = 1,2 mt

1. Determiniamo quanto si estenderà la lunghezza della tubazione in rame 5000 mt quando riscaldato a 20°C :

5000·0,000017·20= 1,7 m

1. Determiniamo quanto si estenderà la lunghezza della tubazione in alluminio 5000 mt quando riscaldato a 20°C :

5000·0,000023·20=2,3 m

(In tutti e tre i calcoli non è stato preso in considerazione il coefficiente di attrito dovuto al proprio peso.) In base ai calcoli sopra riportati, i metalli non ferrosi si dilatano maggiormente quando riscaldati rispetto all'acciaio, di cui occorre tenere conto durante il calcolo Processo di saldatura.

Conduttività termica -la capacità dei metalli e delle leghe di condurre il calore. Maggiore è la conduttività termica, più velocemente il calore si diffonde attraverso il metallo o la lega quando vengono riscaldati. Una volta raffreddati, i metalli e le leghe con elevata conduttività termica rilasciano calore più velocemente. Conduttività termica del rame rosso 6 volte superiore alla conduttività termica del ferro. Quando si saldano metalli e leghe con elevata conduttività termica, è necessario un riscaldamento preliminare e talvolta accompagnatorio.

Capacità termica - la quantità di calore necessaria per riscaldare un'unità di peso per 1°. Capacità termica specifica: quantità di calore assorbita kcal(chilocalorie) necessarie per il riscaldamento 1 kg sostanze accese 1°. Il platino e il piombo hanno un calore specifico basso. La capacità termica specifica dell'acciaio e della ghisa è approssimativamente 4 volte superiore al calore specifico del piombo.

Conduttività elettrica - la capacità dei metalli e delle leghe di condurre corrente elettrica. Il rame, l'alluminio e le loro leghe hanno una buona conduttività elettrica.

Proprietà magnetiche - la capacità dei metalli di essere magnetizzati, che si manifesta nel fatto che un metallo magnetizzato attrae metalli che hanno proprietà magnetiche.

Proprietà chimiche dei metalli e delle leghe.

Le proprietà chimiche dei metalli e delle leghe indicano la loro capacità di combinarsi con varie sostanze, principalmente l'ossigeno. Le proprietà chimiche dei metalli e delle leghe includono:

1. resistenza alla corrosione nell'aria,
2. resistenza agli acidi,
3. resistenza agli alcali,
4. resistenza al calore.

Resistenza dei metalli e delle leghe all'aria chiamata la capacità di quest'ultimo di resistere agli effetti distruttivi dell'ossigeno nell'aria.

Resistenza agli acidi chiamata la capacità dei metalli e delle leghe di resistere agli effetti distruttivi degli acidi. Ad esempio, l'acido cloridrico distrugge l'alluminio e lo zinco, ma non distrugge il piombo; l'acido solforico distrugge lo zinco e il ferro, ma non ha quasi alcun effetto su piombo, alluminio e rame.

Resistenza agli alcali i metalli e le leghe sono chiamati la capacità di resistere agli effetti distruttivi degli alcali. Gli alcali sono particolarmente distruttivi per l'alluminio, lo stagno e il piombo.

Resistenza al calore chiamata la capacità dei metalli e delle leghe di resistere alla distruzione da parte dell'ossigeno quando riscaldati. Per aumentare la resistenza al calore, nel metallo vengono introdotte impurità speciali, come cromo, vanadio, tungsteno, ecc.

Invecchiamento dei metalli - un cambiamento nelle proprietà dei metalli nel tempo dovuto a processi interni, che di solito si verificano più lentamente a temperatura ambiente e più intensamente a temperature elevate. L'invecchiamento dell'acciaio è causato dalla precipitazione di carburi e nitruri lungo i bordi dei grani, che porta ad un aumento della resistenza e ad una diminuzione della duttilità dell'acciaio. Gli elementi che riducono la tendenza dell'acciaio all'invecchiamento includono l'alluminio e il silicio, mentre gli elementi che promuovono l'invecchiamento includono l'azoto e il carbonio.

Proprietà meccaniche dei metalli e delle leghe.

Riso. 1

Le principali proprietà meccaniche dei metalli e delle leghe includono

1. forza,
2. durezza,
3. elasticità,
4. plastica,
5. forza d'impatto,
6. strisciamento,
7. fatica.

Durabilità chiamata la resistenza di un metallo o di una lega alla deformazione e alla distruzione sotto l'influenza di carichi meccanici. I carichi possono essere di compressione, trazione, torsione, taglio e flessione ( riso. 1 ).

Durezzaè la capacità di un metallo o di una lega di resistere alla penetrazione di un altro corpo più duro al suo interno.

Riso. 2

Nella tecnologia, i seguenti metodi per testare la durezza di metalli e leghe sono più ampiamente utilizzati:

1. 2,5 ; 5 E 10 mm- prova di durezza secondo Brinell (riso. 2,a );
2. premendo una sfera d'acciaio del diametro di 1.588 mm o cono diamantato - test di durezza secondo Rockwell (riso. 2, b )
3. pressatura di una piramide diamantata tetraedrica regolare nel materiale - test secondo Vickers (riso. 2, nel ).

Riso. 3

Elasticitàè la capacità di un metallo o di una lega di modificare la sua forma originale sotto l'influenza di un carico esterno e ripristinarla dopo la rimozione del carico ( riso. 3 ).

Plasticità è la capacità di un metallo o di una lega, senza rompersi, di cambiare forma sotto l'influenza di un carico e di mantenere questa forma dopo la sua rimozione. La plasticità è caratterizzata da allungamento relativo e contrazione relativa.

Dove Δ l = l1 -l0 - allungamento assoluto del provino a rottura;

δ - relativa estensione;

l1 - lunghezza del campione al momento della rottura;

l0 - lunghezza iniziale del campione;

Dove Ψ -relativo restringimento alla rottura;

F0- area della sezione trasversale iniziale del campione;

F- area campione dopo la rottura

Figura 4

Forza d'impatto si riferisce alla capacità di un metallo o di una lega di resistere ai carichi d'urto. Le prove vengono effettuate su un fuoco a pendolo ( riso. 4). Prima di testare il pendolo 1 retratto rispetto all'angolo di elevazione α , in questa posizione sono fissati con un chiavistello. Strelka 2 , montato sull'asse di oscillazione del pendolo, viene retratto fino all'arresto 3 situato nella divisione scala zero 4 . Il pendolo, sganciato dal fermo, cade distruggendo il campione 5 e, (continuando a muoversi per inerzia, sale dall'altra parte del letto, ad una certa angolazione β . Quando il pendolo si muove all'indietro, la freccia 2 si discosta dalla divisione dello zero e, con il pendolo in posizione verticale, ne indica il valore β - il maggiore angolo di elevazione del pendolo dopo la distruzione del campione. Differenza angolare α-β caratterizza il lavoro di una frattura campione.

Per determinare la forza d'impatto, calcolare prima il lavoro UN, che viene speso dal carico del pendolo per la distruzione del campione

A = P(N - h) kgf m

Dove N - altezza del pendolo prima dell'impatto M

H -altezza del pendolo dopo l'impatto M

R - forza d'impatto.

Quindi viene determinata la forza d'impatto

Dove UN - forza d'impatto kgfm/cm2

F - area della sezione trasversale del campione in cm2 .

Strisciamento chiamata la proprietà di un metallo o di una lega di deformarsi plasticamente lentamente e continuamente sotto l'influenza di un carico costante (specialmente a temperature elevate).

Faticaè chiamata la distruzione graduale di un metallo o di una lega sotto un gran numero di carichi ripetutamente variabili e la capacità di resistere a questi carichi è chiamata resistenza.

Prove di trazione su campioni di metalli e leghe effettuate a temperature basse, normali ed elevate. Le prove a basse temperature vengono eseguite in conformità con GOST 11150-65 0 -100°C e al punto di ebollizione dell'azoto liquido tecnico. I test a temperature normali vengono eseguiti secondo GOST 1497-61 ad una temperatura 20±10°С .

I test a temperature elevate vengono eseguiti secondo GOST 9651-61 a temperature fino a 1200°C .

Quando si testano i campioni per la resistenza alla trazione, viene determinata la resistenza ultima: σ dentro , resistenza allo snervamento (fisica) - σt , limite di snervamento convenzionale (tecnico) - σ о,2 , vera resistenza alla trazione - S a e relativo allungamento - δ .

Riso. 5

Per comprendere i valori sopra indicati, considerare il diagramma presentato in riso. 5. Asse verticale 0-P contare il carico applicato R in chilogrammi (più alto è il punto lungo l'asse, maggiore è il carico), e lungo l'asse orizzontale l'allungamento assoluto è Δ l .

Diamo un'occhiata alle sezioni del diagramma:

1. tratto rettilineo iniziale 0-P pz, sul quale viene mantenuta la proporzionalità tra l'allungamento del materiale ed il carico ( R pz-carico al limite proporzionale)
2. punto di flesso acuto Non è vero chiamato carico al carico di snervamento superiore
3. complotto R't - R't, parallelo all'asse orizzontale 0-Δ l (altopiano di snervamento), all'interno del quale l'allungamento del campione avviene sotto carico costante Rt, chiamato carico al punto di snervamento
4. punto R dentro, che indica la massima forza di trazione - carico alla resistenza ultima
5. punto R k-forza al momento della distruzione del campione.

Resistenza alla trazione sotto tensione (resistenza temporanea) σ dentro- sollecitazione corrispondente al carico maggiore precedente la distruzione del campione:

Dove F0- area della sezione trasversale del campione prima del test mm2

Spillo- la massima forza di trazione in kgf .

Forza di rendimento (fisico) σt- la sollecitazione più bassa alla quale il campione di prova si deforma senza aumentare il carico (il carico non aumenta, ma il campione si allunga),

Carico di snervamento condizionato (tecnico) σ о,2- sollecitazione alla quale arriva la deformazione residua del campione 0,2% :

Limite di proporzionalità σ pz- sollecitazione condizionale, alla quale la deviazione dalla relazione lineare tra sollecitazioni e deformazioni raggiunge un certo grado stabilito dalle condizioni tecniche:

Vera resistenza allo strappo S a- sollecitazione nel collo di un campione di trazione, definita come il rapporto tra la forza di trazione che agisce sul campione immediatamente prima della sua rottura e l'area della sezione trasversale del collo ( F ):

Proprietà tecnologiche dei metalli e delle leghe.

Le proprietà tecnologiche dei metalli e delle leghe includono:

• lavorabilità,
• duttilità,
• fluidità,
• restringimento,
• saldabilità,
• temprabilità, ecc. .

Lavorabilità si riferisce alla capacità dei metalli e delle leghe di essere lavorati mediante utensili da taglio.

Malleabilità chiamare la capacità dei metalli e delle leghe di assumere la forma richiesta sotto l'influenza di forze esterne, sia allo stato freddo che a quello caldo.

Fluidità chiamano la capacità dei metalli e delle leghe di riempire gli stampi di fonderia. La ghisa fosforosa ha un'elevata fluidità.

Restringimentoè la capacità dei metalli e delle leghe di ridurre il loro volume durante il raffreddamento durante la solidificazione da uno stato liquido, raffreddamento, sinterizzazione di polveri compresse o essiccazione.

I metalli non ferrosi comprendono tutti i metalli tranne il ferro e le leghe a base di esso: acciai e ghise, che sono chiamati ferrosi. Le leghe a base di metalli non ferrosi sono utilizzate principalmente come materiali strutturali con proprietà speciali: resistenti alla corrosione, portanti (a basso coefficiente di attrito), resistenti al calore e al calore, ecc.

Non esiste un sistema unificato per la marcatura dei metalli non ferrosi e delle leghe basate su di essi. In tutti i casi viene adottato il sistema alfanumerico. Le lettere indicano che le leghe appartengono a un gruppo specifico e i numeri in diversi gruppi di materiali hanno significati diversi. In un caso indicano il grado di purezza del metallo (per i metalli puri), nell'altro il numero di elementi di lega e nel terzo indicano il numero della lega, che dipende dallo stato. lo standard deve soddisfare una determinata composizione o proprietà.
Rame e sue leghe
Il rame tecnico è contrassegnato dalla lettera M, seguita da numeri associati alla quantità di impurità (che indicano il grado di purezza del materiale). Il rame di grado M3 contiene più impurità di M000. Le lettere alla fine del marchio significano: k - catodico, b - privo di ossigeno, p - disossidato. L'elevata conduttività elettrica del rame determina il suo utilizzo primario nell'ingegneria elettrica come materiale conduttore. Il rame si deforma bene, si salda e salda bene. Il suo svantaggio è la scarsa lavorabilità.
Le principali leghe a base di rame comprendono l'ottone e il bronzo. Nelle leghe a base rame viene adottato un sistema alfanumerico che caratterizza la composizione chimica della lega. Gli elementi di lega sono designati da una lettera russa corrispondente alla lettera iniziale del nome dell'elemento. Inoltre, spesso queste lettere non coincidono con la designazione degli stessi elementi di lega quando si contrassegna l'acciaio. Alluminio - A; Silicio - K; Manganese - Mts; Rame - M; Nichel - N; Titano -T; Fosforo - F; Cromo-X; Berillio - B; Ferro - F; Magnesio - Mg; Stagno - O; Piombo - C; Zinco - C.
La procedura di marcatura per gli ottoni fusi e lavorati è diversa.
L'ottone è una lega di rame e zinco (Zn dal 5 al 45%). L'ottone con un contenuto dal 5 al 20% di zinco è chiamato rosso (tompak), con un contenuto dal 20 al 36% di Zn - giallo. In pratica raramente vengono utilizzati ottoni con una concentrazione di zinco superiore al 45%. Solitamente l'ottone è diviso in:
- ottone bicomponente o semplice, costituito solo da rame, zinco e, in piccole quantità, impurità;
- ottone multicomponente o speciale - oltre al rame e allo zinco sono presenti ulteriori elementi di lega.
Gli ottoni deformabili sono contrassegnati secondo GOST 15527-70.
Il grado di ottone semplice è costituito dalla lettera "L", che indica il tipo di lega - ottone, e da un numero a due cifre che caratterizza il contenuto medio di rame. Ad esempio, il grado L80 è un ottone contenente l'80% di Cu e il 20% di Zn. Tutti gli ottoni bicomponenti sono altamente trattabili a pressione. Vengono forniti sotto forma di tubi e tubi di varie forme di sezione trasversale, fogli, nastri, nastri, fili e barre di vari profili. I prodotti in ottone con elevata tensione interna (ad esempio lavorati a freddo) sono soggetti a fessurazioni. Se conservati all'aria per lungo tempo, su di essi si formano fessure longitudinali e trasversali. Per evitare ciò, prima dello stoccaggio a lungo termine è necessario alleviare lo stress interno eseguendo una ricottura a bassa temperatura a 200-300 C.
Negli ottoni multicomponente, dopo la lettera L, sono scritte una serie di lettere che indicano quali elementi di lega, eccetto lo zinco, sono compresi in questo ottone. Quindi i numeri seguono i trattini, il primo dei quali caratterizza il contenuto medio di rame in percentuale, e quelli successivi - ciascuno degli elementi di lega nella stessa sequenza della parte letterale del marchio. L'ordine delle lettere e dei numeri è determinato dal contenuto dell'elemento corrispondente: prima viene l'elemento che ne ha di più, poi quello discendente. Il contenuto di zinco è determinato dalla differenza dal 100%.
Gli ottoni sono utilizzati principalmente come materiale deformabile e resistente alla corrosione. Da essi vengono ricavate lamiere, tubi, barre, listelli ed alcune parti: dadi, viti, boccole, ecc.
Gli ottoni fusi sono contrassegnati secondo GOST 1711-30. All'inizio del francobollo scrivono anche la lettera L (ottone), dopodiché scrivono la lettera C, che significa zinco, e un numero che ne indica il contenuto percentuale. Negli ottoni legati, vengono inoltre scritte lettere corrispondenti agli elementi di lega inseriti, e i numeri che seguono indicano il contenuto di questi elementi in percentuale. Il resto mancante fino al 100% corrisponde al contenuto di rame. L'ottone fuso viene utilizzato per la produzione di raccordi e parti per la costruzione navale, boccole, camicie e cuscinetti.
Bronzo (leghe di rame con vari elementi, dove lo zinco non è il principale). Loro, come l'ottone, sono divisi in fusione e lavorazione. Tutti i bronzi sono contrassegnati con le lettere Br, che è l'abbreviazione di bronzo.
Nei bronzi fusi, dopo Br, sono scritte lettere seguite da numeri, che indicano simbolicamente gli elementi introdotti nella lega (secondo la Tabella 1), e i numeri successivi indicano il contenuto di tali elementi in percentuale. Il resto (fino al 100%) significa rame. A volte in alcune marche di bronzi fusi viene scritta alla fine la lettera “L”, che significa fonderia.
La maggior parte dei bronzi ha buone proprietà di fusione. Vengono utilizzati per fusioni di varie forme. Molto spesso vengono utilizzati come materiale resistente alla corrosione e antiattrito: raccordi, cerchioni, boccole, ingranaggi, sedi di valvole, ruote elicoidali, ecc. Tutte le leghe a base di rame hanno un'elevata resistenza al freddo.
Alluminio e leghe a base di esso
L'alluminio viene prodotto sotto forma di maiali, lingotti, vergelle, ecc. (alluminio primario) secondo GOST 11069-74 e sotto forma di semilavorato deformabile (lamiere, profili, barre, ecc.) secondo GOST 4784-74. In base al grado di contaminazione, l'alluminio è suddiviso in alluminio di purezza speciale, elevata purezza e purezza tecnica. L'alluminio primario secondo GOST 11069-74 è contrassegnato dalla lettera A e da un numero con cui è possibile determinare il contenuto di impurità nell'alluminio. L'alluminio si deforma bene, ma è difficile da tagliare. Arrotolandolo puoi creare un foglio.

Le leghe a base di alluminio si dividono in fuse e lavorate.
Le leghe da fusione a base di alluminio sono contrassegnate secondo GOST 1583-93. Il grado riflette la composizione principale della lega. La maggior parte dei gradi di leghe da colata iniziano con la lettera A, che sta per lega di alluminio. Quindi vengono scritte lettere e numeri che riflettono la composizione della lega. In alcuni casi le leghe di alluminio sono contrassegnate con le lettere AL (che significa lega di alluminio colato) e un numero che indica il numero della lega. La lettera B all'inizio del marchio indica che la lega è ad alta resistenza.
L'uso dell'alluminio e delle leghe a base di esso è molto vario. L'alluminio tecnico viene utilizzato soprattutto nell'elettrotecnica come conduttore di corrente elettrica, in sostituzione del rame. Le leghe di fusione a base di alluminio sono ampiamente utilizzate nell'industria della refrigerazione e alimentare nella produzione di parti di forma complessa (utilizzando vari metodi di fusione), che richiedono una maggiore resistenza alla corrosione in combinazione con una bassa densità, ad esempio alcuni pistoni di compressori, leve e altri parti.
Le leghe per lavorazione plastica a base di alluminio sono anche ampiamente utilizzate nella tecnologia alimentare e di refrigerazione per la produzione di varie parti mediante lavorazione a pressione, che sono anche soggette a maggiori requisiti di resistenza alla corrosione e densità: vari contenitori, rivetti, ecc. Un vantaggio importante di tutte le leghe a base di alluminio è la loro elevata resistenza al freddo.
Titanio e leghe a base di esso
Il titanio e le leghe basate su di esso sono contrassegnati secondo GOST 19807-74 utilizzando un sistema alfanumerico. Tuttavia, non esiste alcun modello nell'etichettatura. L'unica particolarità è la presenza in tutte le marche della lettera T, che indica l'appartenenza al titanio. I numeri nel marchio indicano il numero condizionale della lega.
Il titanio tecnico è contrassegnato: VT1-00; VT1-0. Tutti gli altri gradi appartengono a leghe a base di titanio (VT16, AT4, OT4, PT21, ecc.). Il vantaggio principale del titanio e delle sue leghe è una buona combinazione di proprietà: densità relativamente bassa, elevata resistenza meccanica e resistenza alla corrosione molto elevata (in molti ambienti aggressivi). Lo svantaggio principale è il costo elevato e la scarsità. Questi svantaggi ne ostacolano l'uso negli alimenti e nelle apparecchiature di refrigerazione.

Le leghe di titanio sono utilizzate nella tecnologia missilistica e aeronautica, nell'ingegneria chimica, nella costruzione navale e nell'ingegneria dei trasporti. Possono essere utilizzati a temperature elevate fino a 500-550 gradi. I prodotti realizzati con leghe di titanio sono realizzati mediante trattamento a pressione, ma possono anche essere realizzati mediante fusione. La composizione delle leghe per fusione corrisponde solitamente alla composizione delle leghe per lavorazione plastica. Alla fine del grado della lega di fusione c'è la lettera L.
Magnesio e leghe a base di esso
A causa delle sue proprietà insoddisfacenti, il magnesio tecnico non viene utilizzato come materiale strutturale. Leghe a base di magnesio secondo le normative statali. Lo standard si divide in colabile e deformabile.
Le leghe di magnesio fuso, secondo GOST 2856-79, sono contrassegnate con le lettere ML e un numero che indica il numero convenzionale della lega. A volte le lettere minuscole vengono scritte dopo il numero: pch: maggiore purezza; è uno scopo generale. Le leghe di magnesio deformabili sono contrassegnate secondo GOST 14957-76 con le lettere MA e un numero che indica il numero convenzionale della lega. A volte dopo il numero possono esserci lettere minuscole pch, il che significa maggiore purezza.

Le leghe a base di magnesio, come le leghe a base di alluminio, hanno una buona combinazione di proprietà: bassa densità, maggiore resistenza alla corrosione, resistenza relativamente elevata (in particolare resistenza specifica) con buone proprietà tecnologiche. Pertanto, sia le parti di forma semplice che quelle complesse che richiedono una maggiore resistenza alla corrosione sono realizzate in leghe di magnesio: colli, serbatoi di benzina, raccordi, alloggiamenti di pompe, tamburi delle ruote dei freni, capriate, volanti e molti altri prodotti.
Stagno, piombo e leghe a base di essi
Il piombo nella sua forma pura non viene praticamente utilizzato negli alimenti e nelle apparecchiature di refrigerazione. Lo stagno viene utilizzato nell'industria alimentare come rivestimento per contenitori alimentari (ad esempio per stagnare piatti di stagno). Lo stagno è contrassegnato secondo GOST 860-75. Esistono marchi O1pch; O1; O2; O3; O4. La lettera O sta per stagno e i numeri rappresentano un numero convenzionale. All’aumentare del numero, aumenta la quantità di impurità. Le lettere pch alla fine del marchio significano maggiore purezza. Nell'industria alimentare, lo stagno dei gradi O1 e O2 viene spesso utilizzato per la stagnatura delle lastre di stagno.
Le leghe a base di stagno e piombo, a seconda del loro scopo, si dividono in due grandi gruppi: babbit e saldature.
I Babbitt sono leghe complesse a base di stagno e piombo, che contengono inoltre antimonio, rame e altri additivi. Sono contrassegnati secondo GOST 1320-74 con la lettera B, che significa babbitt, e un numero che mostra il contenuto di stagno in percentuale. A volte, oltre alla lettera B, può esserci un'altra lettera che indica additivi speciali. Ad esempio, la lettera H indica l'aggiunta di nichel (babbitt al nichel), la lettera C - babitt al piombo, ecc. Va tenuto presente che il marchio babitt non può determinarne l'intera composizione chimica. In alcuni casi il contenuto di stagno non è nemmeno indicato, ad esempio nel marchio BN, sebbene ne contenga circa il 10%. Esistono anche babbit senza stagno (ad esempio piombo-calcio), che sono contrassegnati secondo GOST 1209-78 e non sono studiati in questo lavoro.

I Babbitt sono il miglior materiale antifrizione e vengono utilizzati principalmente nei cuscinetti a strisciamento.
Le saldature, secondo GOST 19248-73, sono divise in gruppi in base a molte caratteristiche: secondo il metodo di fusione, secondo la temperatura di fusione, secondo il componente principale, ecc. Secondo la temperatura di fusione, sono divise in 5 gruppi:

1. Particolarmente bassofondente (punto di fusione tmelt ≤ 145 °C);

2. basso punto di fusione (punto di fusione tmelt > 145 °C ≤ 450 °C);

3. punto di fusione medio (punto di fusione tmelt > 450 °C ≤ 1100 °C);

4. Alto punto di fusione (punto di fusione tmelt > 1100 °C ≤ 1850 °C);

5. Refrattario (punto di fusione tmelt > 1850 °C).

I primi due gruppi vengono utilizzati per la saldatura a bassa temperatura (dolce), il resto per la saldatura ad alta temperatura (dura). Secondo il componente principale, le saldature sono suddivise in: gallio, bismuto, stagno-piombo, stagno, cadmio, piombo, zinco, alluminio, germanio, magnesio, argento, rame-zinco, rame, cobalto, nichel, manganese, oro, palladio , platino, titanio , ferro, zirconio, niobio, molibdeno, vanadio.

L'industria moderna utilizza un'enorme quantità di materiali. Plastica e compositi, grafite e altre sostanze... Ma il metallo resta sempre rilevante. Con esso vengono realizzate strutture edilizie giganti e viene utilizzato per creare una varietà di macchine e altre attrezzature.

Pertanto, la classificazione del metallo gioca un ruolo importante nell'industria e nella scienza, poiché conoscendola è possibile selezionare il tipo di materiale più adatto per uno scopo particolare. Questo articolo è dedicato a questo argomento.

Definizione generale

I metalli sono sostanze semplici che, in condizioni normali, sono caratterizzate dalla presenza di numerose caratteristiche distintive: elevata conduttività termica e conduttività elettrica, nonché malleabilità. Plastica. Allo stato solido, sono caratterizzati da una struttura cristallina a livello atomico e quindi hanno indicatori di elevata resistenza. Ma esistono anche leghe che sono loro derivati. Cos'è?

Questo è il nome dato ai materiali ottenuti da due o più sostanze riscaldandole al di sopra del loro punto di fusione. Tieni presente che esistono leghe metalliche e non metalliche. Nel primo caso la composizione deve contenere almeno il 50% di metallo.

Tuttavia, non divaghiamo dall’argomento dell’articolo. Quindi, qual è la classificazione del metallo? In generale, dividerlo è abbastanza semplice:

1. Metalli neri.
2. Metalli non ferrosi.

La prima categoria comprende il ferro e tutte le leghe a base di esso. Tutti gli altri metalli sono non ferrosi, così come i loro composti. È necessario considerare ogni categoria in modo più dettagliato: nonostante la classifica generale estremamente noiosa, in realtà tutto è molto più complicato. E se ricordi che esistono anche i metalli preziosi... E sono anche diversi. Tuttavia la classificazione dei metalli preziosi è ancora più semplice. Ce ne sono otto in totale: oro e argento, platino, palladio, rutenio, osmio, nonché rodio e iridio. I più preziosi sono i metalli del gruppo del platino.

In realtà la classificazione è ancora più noiosa. Questo è il nome (in gioielleria) dello stesso argento, oro e platino. Ma basta parlare di “questioni importanti”. È tempo di parlare di materiali più comuni e popolari.

Inizieremo con una revisione dei diversi gradi di acciaio, che è precisamente un derivato del metallo ferroso più popolare: il ferro.

Cos'è l'acciaio?

Ferro e alcuni additivi, che contengono non più del 2,14% di carbonio atomico. La classificazione di questi materiali è estremamente ampia e tiene conto: della composizione chimica e dei metodi di produzione, della presenza o assenza di impurità nocive, nonché della struttura. Tuttavia, la caratteristica più importante è la composizione chimica, poiché influisce sul grado e sul nome dell’acciaio.

Varietà di carbonio

Questi materiali non contengono alcun additivo legante, ma la loro tecnologia di produzione consente una certa quantità di altre impurità (solitamente manganese). Poiché il contenuto di queste sostanze varia dallo 0,8 all'1%, non hanno alcun effetto sulla resistenza, sulle proprietà meccaniche e chimiche dell'acciaio. Questa categoria viene utilizzata nella costruzione e nella produzione di vari strumenti. Naturalmente la classificazione dei metalli è lungi dall’essere completa.

Acciai strutturali al carbonio

Molto spesso vengono utilizzati per la costruzione di varie strutture per scopi industriali, militari o domestici, ma sono spesso utilizzati per produrre strumenti e meccanismi. In questo caso, il contenuto di carbonio non deve in nessun caso superare lo 0,5-0,6%. Devono avere una resistenza estremamente elevata, determinata da un'intera serie di test certificati da agenzie internazionali (σB, σ0,2, δ, ψ, KCU, HB, HRC). Ne esistono di due tipi:

• Ordinario.
• Alta qualità.

Come puoi immaginare, i primi vengono utilizzati per la costruzione di varie strutture ingegneristiche. Quelli di alta qualità vengono utilizzati esclusivamente per la produzione di strumenti affidabili utilizzati nell'ingegneria meccanica e in altre industrie.

Per quanto riguarda questi materiali, sulla loro superficie è ammessa la corrosione dei metalli. La classificazione degli acciai di altri tipi prevede la presenza di requisiti molto più severi per loro.

Acciai al carbonio per utensili

Il loro campo è l'ingegneria di precisione, la produzione di strumenti per il campo scientifico e medico, così come altri settori industriali che richiedono maggiore resistenza e precisione. Il loro contenuto di carbonio può variare dallo 0,7 all'1,5%. Tale materiale deve avere una resistenza molto elevata, essere resistente ai fattori di usura e alle temperature estremamente elevate.

Acciai legati

Questo è il nome dei materiali che, oltre alle impurità naturali, contengono una quantità significativa di additivi leganti aggiunti artificialmente. Questi includono cromo, nichel, molibdeno. Inoltre, gli acciai legati possono contenere anche manganese e silicio, il cui contenuto molto spesso non supera lo 0,8-1,2%.

In questo caso, la classificazione dei metalli implica la loro divisione in due tipologie:

• Acciai a basso contenuto di additivi. In totale non sono più del 2,5%.
• Legato. Contengono additivi dal 2,5 al 10%.
• Materiali con un alto contenuto di additivi (oltre il 10%).

Anche queste tipologie sono divise in sottotipi, come nel caso precedente.

Acciaio strutturale legato

Come tutte le altre varietà, vengono utilizzate attivamente nell'ingegneria meccanica, nella costruzione di edifici e altre strutture, nonché nell'industria. Se li confrontiamo con le varietà di carbonio, tali materiali vincono in termini di rapporto tra caratteristiche di resistenza, duttilità e viscosità. Inoltre, sono altamente resistenti alle temperature estremamente basse. Vengono utilizzati per realizzare ponti, aeroplani, razzi e strumenti per l'industria di alta precisione.

Acciai per utensili legati

In linea di principio, le caratteristiche sono molto simili al tipo discusso sopra. Può essere utilizzato per i seguenti scopi:

• Produzione di strumenti e utensili da taglio e di misura ad alta precisione. In particolare, con questo materiale sono realizzati gli utensili per la tornitura dei metalli, la cui classificazione dipende direttamente dall'acciaio: la sua qualità è necessariamente impressa sul prodotto.
• Vengono utilizzati anche per realizzare stampi per la laminazione a freddo e a caldo.

scopo speciale

Come suggerisce il nome, questi materiali hanno alcune caratteristiche specifiche. Ad esempio, esistono tipi resistenti al calore e resistenti al calore, oltre al noto acciaio inossidabile. Di conseguenza, il loro campo di applicazione comprende la produzione di macchine e strumenti che funzioneranno in condizioni particolarmente difficili: turbine per motori, forni per la fusione dei metalli, ecc.

Acciai da costruzione

Acciai a medio contenuto di carbonio. Sono utilizzati per produrre una vasta gamma di vari materiali da costruzione. In particolare vengono utilizzati per realizzare profili (sagomati e in lamiera), tubi, angolari, ecc. Ovviamente, nella scelta di una determinata categoria di metalli, particolare attenzione viene posta alle caratteristiche di resistenza dell'acciaio.

Inoltre, molto prima della costruzione, tutte le caratteristiche vengono ripetutamente calcolate utilizzando modelli matematici, in modo che nella maggior parte dei casi questo o quel tipo di prodotto laminato possa essere realizzato in base alle esigenze individuali del cliente.

Acciai da rinforzo

Come probabilmente avrai intuito, il loro ambito di applicazione è il rinforzo di blocchi e strutture finite in cemento armato. Sono prodotti sotto forma di barre o fili di grande diametro. Il materiale è carbonio o acciaio con un basso contenuto di additivi leganti. Ne esistono di due tipi:

• Laminati a caldo.
• Rinforzato termicamente e meccanicamente.

Locali caldaie in acciaio

Sono utilizzati per la produzione di caldaie e cilindri, nonché di altri recipienti e accessori che devono funzionare in condizioni di alta pressione a diverse condizioni di temperatura. Lo spessore delle parti in questo caso può variare da 4 a 160 mm.

Acciai automatici

Questo è il nome dei materiali che possono essere lavorati bene tagliandoli. Hanno anche un'elevata lavorabilità. Tutto ciò rende tale acciaio un materiale ideale per le linee di produzione automatizzate, che ogni anno diventano sempre più numerose.

Acciai per cuscinetti

Questi tipi, per la loro tipologia, appartengono alle varietà strutturali, ma la loro composizione li rende simili a quelli strumentali. Si distinguono per caratteristiche di elevata robustezza e grande resistenza all'usura (abrasione).

Abbiamo esaminato le proprietà di base e la classificazione dei metalli di questa classe. Il prossimo in linea è la ghisa, ancora più comune e conosciuta.

Ghise: classificazione e proprietà

Questo è il nome del materiale, che è una lega di ferro e carbonio (oltre ad alcuni altri additivi) e il contenuto di C varia dal 2,14 al 6,67%. La ghisa, come l'acciaio, si distingue per la composizione chimica, i metodi di produzione e la quantità di carbonio che contiene, nonché per i campi di applicazione nella vita quotidiana e nell'industria. Se la ghisa non ha additivi, viene chiamata non legata. Altrimenti - dopato.

Classificazione per scopo

1. Ne esistono di limitanti, che vengono quasi sempre utilizzati per la successiva trasformazione in acciaio.
2. Varietà di fonderia utilizzate per la fusione di prodotti di varie configurazioni e complessità.
3. Speciali, simili agli acciai.

Classificazione per tipologia degli additivi chimici

• Ghisa bianca. È caratterizzato dal fatto che il carbonio nella sua struttura è quasi completamente legato, essendo presente nella composizione di vari carburi. È molto facile da distinguere: una volta rotto è bianco e lucido, caratterizzato dalla massima durezza, ma allo stesso tempo è estremamente fragile e può essere lavorato con grande difficoltà.
• Mezzo sbiancato. Negli strati superiori della fusione è indistinguibile dalla ghisa bianca, mentre il suo nucleo è grigio, contenente una grande quantità di grafite libera nella sua struttura. In generale, combina le caratteristiche di entrambi i tipi. È abbastanza resistente, ma allo stesso tempo è molto più facile da lavorare e le cose vanno molto meglio con la fragilità.
• Grigio. Contiene molta grafite. Durevole, abbastanza resistente all'usura, facile da lavorare.

Non è un caso che ci concentriamo sulla grafite. Il fatto è che la classificazione dei metalli e delle leghe in un caso particolare dipende dal suo contenuto e dalla struttura spaziale. A seconda di queste caratteristiche si dividono in perlite, ferrite-perlite e ferrite.

La grafite stessa in ognuno di questi può essere presente in quattro forme diverse:

• Se è rappresentato da placche e “petali”, allora appartiene alla varietà lamellare.
• Se il materiale contiene inclusioni che nell'aspetto ricordano i vermi, allora stiamo parlando di grafite vermicolare.
• Di conseguenza, varie inclusioni piatte e irregolari indicano che si tratta di una varietà flocculante.
• Elementi sferici ed emisferici caratterizzano la forma sferica.

Ma anche in questo caso la classificazione dei metalli e delle leghe è ancora incompleta! Il fatto è che queste impurità, per quanto strano possa sembrare, influenzano direttamente la resistenza del materiale. Quindi, a seconda della forma e della posizione spaziale delle inclusioni, le ghise si dividono nelle seguenti categorie:

• Se il materiale contiene inclusioni di grafite lamellare, si tratta di normale ghisa grigia (SG).
• Per analogia con il nome “additivi”, la presenza di particelle vermicolari caratterizza il materiale vermicolare (CVG).
• La ghisa malleabile (DC) contiene inclusioni simili a scaglie.
• Il “riempitivo” sferico caratterizza la ghisa ad alta resistenza (DC).

Abbiamo presentato alla vostra attenzione una breve classificazione e proprietà dei metalli che appartengono alla categoria “nera”. Come puoi vedere, nonostante l'idea sbagliata diffusa, sono molto diversi e differiscono notevolmente nella loro struttura e proprietà fisiche. Sembrerebbe che la ghisa sia un materiale ordinario e diffuso, ma... Anche se ne esistono diversi tipi completamente diversi, e alcuni di essi sono diversi l'uno dall'altro quanto la ghisa stessa e la lamiera d'acciaio!

I rifiuti diventano reddito!

Esiste una classificazione? Dopotutto, ogni anno milioni di tonnellate di un'ampia varietà di materiali finiscono nelle discariche. Vengono davvero inviati in massa per essere fusi senza essere sottoposti ad alcuna cernita o screening? Ovviamente no. Ci sono nove categorie in totale:

• 3A. Rifiuti metallici ferrosi standard, compresi pezzi grandi e particolarmente grandi. Il peso di ciascun frammento è di almeno un chilogrammo. Di norma, lo spessore dei pezzi non supera i sei millimetri.
• 5A. In questo caso lo scarto è sovradimensionato. Lo spessore dei pezzi è superiore a sei millimetri.
• 12A. Questa categoria implica una miscela delle due varietà sopra descritte.
• 17A. Rottame di ghisa, dimensionale. Il peso di ciascun pezzo è di almeno mezzo chilogrammo, ma non superiore a 20 kg.
• 19A. Simile alla classe precedente, ma i rifiuti sono sovradimensionati. Inoltre, è consentito un certo contenuto di fosforo nel materiale.
• 20A. Rottame di ghisa, la categoria più sovradimensionata. Sono ammessi pezzi del peso di cinque tonnellate. In genere, ciò include attrezzature industriali e militari smantellate e dismesse. Come puoi vedere, la classificazione e le proprietà dei metalli in questa categoria sono abbastanza simili.
• 22A. E ancora, rottami di ghisa sovradimensionati. La differenza è che in questo caso la categoria dei rifiuti comprende apparecchiature idrauliche usate e scartate.
• Mescolare. Rottame misto. Importante! Non sono ammessi i seguenti tipi di contenuto: filo metallico e parti zincate.
• Galvanizzazione. Come suggerisce il nome, questo include tutti i rottami che contengono frammenti zincati.

Questa era la classificazione dei metalli ferrosi. E ora parleremo dei loro "colleghi" colorati, che svolgono un ruolo enorme in tutta l'industria e la produzione moderne.

Metalli non ferrosi

Questo è il nome dato a tutti gli altri elementi che hanno una struttura atomica metallica, ma non appartengono al ferro e ai suoi derivati. Nella letteratura in lingua inglese si trova il termine “metallo non ferroso”, che è un sinonimo del concetto. Qual è la classificazione dei metalli non ferrosi?

Esistono i seguenti gruppi, la cui divisione si basa su diversi criteri contemporaneamente: varietà leggere e pesanti, nobili, sparse e refrattarie, radioattive e delle terre rare. Molti dei metalli non ferrosi appartengono generalmente alla categoria dei rari, poiché la loro quantità totale sul nostro pianeta è relativamente piccola.

Sono utilizzati per la produzione di parti e dispositivi che devono funzionare in condizioni di ambiente aggressivo, attrito o, se necessario (sensori, ad esempio) avere un elevato grado di conduttività termica o conduttività elettrica. Inoltre, sono richiesti nell'industria militare, spaziale e aeronautica, dove è richiesta la massima resistenza con un peso relativamente basso.

Si noti che la classificazione dei metalli pesanti è a parte. Tuttavia, non esiste in quanto tale, ma questo gruppo comprende rame, nichel, cobalto, nonché zinco, cadmio, mercurio e piombo. Di questi, solo Cu e Zn vengono utilizzati su scala industriale, di cui parleremo più avanti.

Alluminio e leghe a base di esso

L’alluminio, il “metallo alato”. Ne esistono tre tipi (a seconda del grado di purezza chimica):

• Standard più elevato (purezza speciale) (99,999%).
• Purezza elevata.
• Prova tecnica.

Quest'ultima tipologia è disponibile sul mercato sotto forma di lastre, profili vari e fili di diverse sezioni. Denotato in commercio come AD0 e AD1. Tieni presente che anche l'alluminio di alta qualità contiene spesso inclusioni di Fe, Si, Gu, Mn, Zn.

Leghe

Qual è la classificazione dei metalli non ferrosi in questo caso? In linea di principio, niente di complicato. Esistere:

• Duralluminio.
• Avali.

Il duralluminio è una lega a cui vengono aggiunti rame e magnesio. Inoltre, ci sono materiali in cui rame e magnesio vengono utilizzati come additivi. Le leghe sono anche chiamate leghe, ma contengono molti più additivi. I principali sono magnesio e silicio, oltre a ferro, rame e persino titanio.

In linea di principio, questo problema viene considerato in modo molto più dettagliato dalla scienza dei materiali. La classificazione dei metalli non si esaurisce con l'alluminio e le sue tipologie.

Rame

Oggi si distinguono (contenuto di sostanza pura 97,97%) e soprattutto puro, vuoto (99,99%). A differenza di altri metalli non ferrosi, le proprietà meccaniche e chimiche del rame sono fortemente influenzate anche dalle più piccole impurità di alcuni additivi.

Leghe

Sono divisi in due grandi gruppi. Questi materiali, tra l'altro, sono noti all'umanità da migliaia di anni:

• Ottone. Questo è il nome del composto di rame e zinco.
• Bronzo. Una lega di rame che non contiene più zinco, ma stagno. Esistono però anche bronzi che contengono fino a dieci additivi.

Titanio

Questo metallo è raro e molto costoso. È caratterizzato da peso ridotto, resistenza incredibile, bassa viscosità. Si noti che è suddiviso in diversi tipi: VT1-00 (in questo materiale la quantità di impurità è ≤ 0,10%), VT1-0 (la quantità di additivi ≤ 0,30%). Se la quantità totale di impurità estranee è ≤ 0,093%, nella produzione tale materiale viene chiamato ioduro di titanio.

Leghe di titanio

Le leghe di questo materiale si dividono in due tipologie: deformabili e lineari. Inoltre, esistono sottotipi speciali: resistente al calore, maggiore plasticità. Esistono anche varietà indurite e non indurite (a seconda del trattamento termico).

In realtà, abbiamo rivisto completamente la classificazione dei metalli e delle leghe non ferrosi. Speriamo che l'articolo ti sia stato utile.

Il concetto di lega, loro classificazione e proprietà.

In ingegneria, tutti i materiali metallici sono chiamati metalli. Questi includono metalli semplici e metalli complessi - leghe.

I metalli semplici sono costituiti da un elemento principale e da una piccola quantità di impurità di altri elementi. Ad esempio, il rame tecnicamente puro contiene dallo 0,1 all'1% di impurità di piombo, bismuto, antimonio, ferro e altri elementi.

Leghe- questi sono metalli complessi, che rappresentano una combinazione di alcuni metalli semplici (base di lega) con altri metalli o non metalli. Ad esempio, l'ottone è una lega di rame e zinco. Qui la base della lega è il rame.

Un elemento chimico che fa parte di un metallo o di una lega è chiamato componente. Oltre al componente principale che predomina nella lega, ci sono anche componenti di lega introdotti nella lega per ottenere le proprietà richieste. Pertanto, per migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione dell'ottone, vengono aggiunti alluminio, silicio, ferro, manganese, stagno, piombo e altri componenti di lega.

In base al numero di componenti, le leghe sono suddivise in bicomponente (doppia), tricomponente (ternaria), ecc. Oltre ai componenti principali e leganti, la lega contiene impurità di altri elementi.

La maggior parte delle leghe vengono prodotte fondendo componenti allo stato liquido. Altri metodi di preparazione delle leghe: sinterizzazione, elettrolisi, sublimazione. In questo caso le sostanze vengono chiamate pseudoleghe.

La capacità dei metalli di dissolversi reciprocamente crea buone condizioni per la produzione di un gran numero di leghe che presentano un'ampia varietà di combinazioni di proprietà utili che i metalli semplici non hanno.

Le leghe sono superiori ai metalli semplici in termini di resistenza, durezza, lavorabilità, ecc. Ecco perché sono utilizzate nella tecnologia molto più ampiamente dei metalli semplici. Ad esempio, il ferro è un metallo tenero che non viene quasi mai utilizzato nella sua forma pura. Ma le più utilizzate nella tecnologia sono le leghe di ferro e carbonio: acciaio e ghisa.

Nell'attuale fase di sviluppo tecnologico, insieme all'aumento del numero di leghe e alla complicazione della loro composizione, i metalli di particolare purezza stanno diventando di grande importanza. Il contenuto del componente principale in tali metalli varia dal 99,999 al 99,999999999%
e altro ancora. Metalli di particolare purezza sono necessari nella scienza missilistica, nel nucleare, nell'elettronica e in altri nuovi rami della tecnologia.

A seconda della natura dell'interazione dei componenti, si distinguono le leghe:

1) miscele meccaniche;

2) composti chimici;

3) soluzioni solide.

1) Miscela meccanica due componenti si formano quando non si dissolvono l'uno nell'altro allo stato solido e non entrano in interazione chimica. Le leghe sono miscele meccaniche (ad esempio piombo - antimonio, stagno - zinco) sono eterogenee nella loro struttura e rappresentano una miscela di cristalli di questi componenti. In questo caso, i cristalli di ciascun componente della lega mantengono completamente le loro proprietà individuali. Questo è il motivo per cui le proprietà di tali leghe (ad esempio resistenza elettrica, durezza, ecc.) sono determinate come media aritmetica delle proprietà di entrambi i componenti.

2) Soluzioni solide caratterizzato dalla formazione di un reticolo cristallino spaziale comune da parte di atomi del principale metallo solvente e atomi dell'elemento solubile.
La struttura di tali leghe è costituita da grani cristallini omogenei, come il metallo puro. Esistono soluzioni solide sostitutive e soluzioni solide interstiziali.

Tali leghe includono ottone, rame-nichel, ferro-cromo, ecc.

Leghe: le soluzioni solide sono le più comuni. Le loro proprietà differiscono dalle proprietà dei componenti costitutivi. Ad esempio, la durezza e la resistenza elettrica delle soluzioni solide sono molto superiori a quelle dei componenti puri. Per la loro elevata duttilità si prestano bene alla forgiatura e ad altri tipi di formatura. Le proprietà di fusione e la lavorabilità delle soluzioni solide sono basse.

3) Composti chimici, come le soluzioni solide, sono leghe omogenee. Quando solidificano si forma un reticolo cristallino completamente nuovo, diverso dai reticoli dei componenti che compongono la lega. Pertanto, le proprietà di un composto chimico sono indipendenti e non dipendono dalle proprietà dei componenti. I composti chimici si formano in un rapporto quantitativo rigorosamente definito dei componenti fusi. La composizione della lega di un composto chimico è espressa da una formula chimica. Queste leghe hanno solitamente un'elevata resistenza elettrica, un'elevata durezza e una bassa duttilità. Pertanto, il composto chimico di ferro e carbonio - cementite (Fe 3 C) è 10 volte più duro del ferro puro.

I metalli sono stati utilizzati dall’uomo per molti millenni. Le epoche determinanti dello sviluppo umano prendono il nome dai nomi dei metalli: età del bronzo, età del ferro, età della ghisa, ecc. Nessun singolo prodotto metallico intorno a noi è composto al 100% da ferro, rame, oro o altro metallo. Ciascuno contiene additivi introdotti deliberatamente da una persona e impurità nocive introdotte contro la volontà di una persona.

Il metallo assolutamente puro può essere ottenuto solo in un laboratorio spaziale. Tutti gli altri metalli nella vita reale sono leghe: composti solidi di due o più metalli (e non metalli), ottenuti appositamente nel processo di produzione metallurgica.

Classificazione

I metallurgisti classificano le leghe metalliche secondo diversi criteri:

I metalli e le leghe basate su di essi hanno caratteristiche fisiche e chimiche diverse.

Il metallo con la frazione di massa maggiore è chiamato base.

Proprietà delle leghe

Le proprietà possedute dalle leghe metalliche si dividono in:

Per esprimere quantitativamente queste proprietà, vengono introdotte quantità e costanti fisiche speciali, come il limite elastico, il modulo di Hooke, il coefficiente di viscosità e altre.

Principali tipologie di leghe

I tipi più numerosi di leghe metalliche sono realizzati a base di ferro. Si tratta di acciai, ghise e ferriti.

L'acciaio è una sostanza a base di ferro contenente non più del 2,4% di carbonio, utilizzata per la fabbricazione di parti e involucri per impianti industriali ed elettrodomestici, trasporti idrici, terrestri e aerei, strumenti e dispositivi. Gli acciai hanno una vasta gamma di proprietà. Quelli comuni sono forza ed elasticità. Le caratteristiche individuali dei singoli gradi di acciaio sono determinate dalla composizione degli additivi leganti introdotti durante la fusione. La metà della tavola periodica viene utilizzata come additivi, sia metalli che non metalli. I più comuni sono cromo, vanadio, nichel, boro, manganese, fosforo.

Se il contenuto di carbonio è superiore al 2,4%, tale sostanza viene chiamata ghisa. La ghisa è più fragile dell'acciaio. Vengono utilizzati laddove è necessario sopportare grandi carichi statici con piccoli carichi dinamici. La ghisa viene utilizzata nella produzione di telai per grandi macchine utensili e apparecchiature tecnologiche, basamenti per tavoli da lavoro e nella fusione di recinzioni, grigliati e oggetti decorativi. Nel XIX e all'inizio del XX secolo, la ghisa era ampiamente utilizzata nelle strutture edilizie. I ponti in ghisa sono sopravvissuti fino ad oggi in Inghilterra.

Le sostanze con un alto contenuto di carbonio e con proprietà magnetiche pronunciate sono chiamate ferriti. Sono utilizzati nella produzione di trasformatori e induttori.

Le leghe metalliche a base rame contenenti dal 5 al 45% di zinco sono comunemente chiamate ottoni. L'ottone è leggermente suscettibile alla corrosione ed è ampiamente utilizzato come materiale strutturale nell'ingegneria meccanica.

Se al rame aggiungiamo lo stagno invece dello zinco, otteniamo il bronzo. Questa è forse la prima lega ottenuta deliberatamente dai nostri antenati diverse migliaia di anni fa. Il bronzo è molto più resistente sia dello stagno che del rame ed è secondo in resistenza solo all'acciaio ben forgiato.

Le sostanze a base di piombo sono ampiamente utilizzate per la saldatura di fili e tubi, nonché nei prodotti elettrochimici, principalmente batterie e accumulatori.

I materiali bicomponenti a base di alluminio, che contengono silicio, magnesio o rame, sono caratterizzati da basso peso specifico ed elevata lavorabilità. Sono utilizzati nell'industria dei motori, aerospaziale, dei componenti elettrici e degli elettrodomestici.

Leghe di zinco

Le leghe a base di zinco sono caratterizzate da bassi punti di fusione, resistenza alla corrosione ed eccellente lavorabilità. Sono utilizzati nell'ingegneria meccanica, nella produzione di computer ed elettrodomestici e nell'editoria. Buone proprietà antiattrito consentono l'uso di leghe di zinco per i gusci dei cuscinetti.

Leghe di titanio

Il titanio non è il metallo più conveniente; è difficile da produrre e difficile da lavorare. Queste carenze sono compensate dalle proprietà uniche delle leghe di titanio: elevata resistenza, basso peso specifico, resistenza alle alte temperature e agli ambienti aggressivi. Questi materiali sono difficili da lavorare, ma le loro proprietà possono essere migliorate mediante trattamento termico.

La lega con alluminio e piccole quantità di altri metalli aumenta la robustezza e la resistenza al calore. Per migliorare la resistenza all'usura, l'azoto viene aggiunto al materiale o cementato.

Le leghe metalliche a base di titanio vengono utilizzate nei seguenti settori:

1. 1. • aerospaziale;
      • prodotto chimico;
      • atomico;
      • criogenico;
      • costruzione navale;
      • protesi.

Leghe di alluminio

Se la prima metà del XX secolo è stata il secolo dell’acciaio, la seconda è stata giustamente chiamata il secolo dell’alluminio.

È difficile nominare un ramo della vita umana in cui non si troverebbero prodotti o parti realizzati con questo metallo leggero.

Le leghe di alluminio si dividono in:

1. 1. • Fonderia (con silicio). Utilizzato per produrre getti convenzionali.
      • Per stampaggio ad iniezione (con manganese).
      • Maggiore resistenza, con capacità di autoindurimento (con rame).

Principali vantaggi dei composti di alluminio:

1. 1. • Disponibilità.
      • Basso peso specifico.
      • Durabilità.
      • Resistenza al freddo.
      • Buona lavorabilità.
      • Conduttività elettrica.

Lo svantaggio principale dei materiali in lega è la bassa resistenza al calore. Al raggiungimento dei 175°C si verifica un netto deterioramento delle proprietà meccaniche.

Un altro campo di applicazione è la produzione di armi. Le sostanze a base di alluminio non scintillano in caso di forte attrito e collisioni. Sono utilizzati per produrre armature leggere per attrezzature militari su ruote e volanti.

I materiali in lega di alluminio sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria elettrica ed elettronica. L'elevata conduttività e la magnetizzabilità molto bassa li rendono ideali per la produzione di alloggiamenti per vari dispositivi radio e di comunicazione, computer e smartphone.

La presenza anche di una piccola percentuale di ferro aumenta significativamente la resistenza del materiale, ma ne riduce anche la resistenza alla corrosione e la duttilità. Un compromesso sul contenuto di ferro viene trovato a seconda dei requisiti del materiale. L'effetto negativo del ferro viene compensato aggiungendo metalli come cobalto, manganese o cromo alla composizione della lega.

I materiali a base di magnesio competono con le leghe di alluminio, ma a causa del loro prezzo più elevato vengono utilizzati solo nei prodotti più critici.

Leghe di rame

Tipicamente, le leghe di rame si riferiscono a vari gradi di ottone. Con un contenuto di zinco del 5-45%, l'ottone è considerato rosso (tombac), mentre con un contenuto di zinco del 20-35% è considerato giallo.

Grazie alla sua eccellente lavorabilità mediante taglio, fusione e stampaggio, l'ottone è un materiale ideale per la fabbricazione di piccole parti che richiedono elevata precisione. Gli ingranaggi di molti famosi cronometri svizzeri sono realizzati in ottone.

L'ottone è una miscela di rame e zinco

Una lega poco conosciuta di rame e silicio è chiamata bronzo al silicio. È altamente durevole. Secondo alcune fonti, i leggendari Spartani forgiavano le loro spade in bronzo al silicio. Se si aggiunge fosforo al posto del silicio si ottiene un ottimo materiale per la produzione di membrane e molle a balestra.

Leghe dure

Si tratta di materiali a base di ferro resistenti all'usura e molto duri, che mantengono le loro proprietà anche a temperature elevate fino a 1100 o C.

Come additivo principale vengono utilizzati carburi di cromo, titanio e tungsteno; nichel, cobalto, rubidio, rutenio o molibdeno sono ausiliari.

I principali ambiti di applicazione sono:

1. 1. • Utensili da taglio (frese, trapani, maschi, filiere, frese, ecc.).
      • Strumenti e attrezzature di misura (righe, squadre, calibri; superfici di lavoro di particolare planarità e stabilità).
      • Timbri, matrici e punzoni.
      • Rotoli di laminatoi e macchine per la carta.
      • Attrezzature minerarie (frantoi, frese, benne per escavatori).
      • Parti e assiemi di reattori nucleari e chimici.
      • Parti altamente sollecitate di veicoli, attrezzature industriali e strutture edilizie uniche, come la Torre Burj a Dubai.

Esistono altri campi di applicazione delle sostanze in metallo duro.