Klasyfikacja stopów aluminium. Równocześnie z redukcją żelaza następuje redukcja krzemu, fosforu, manganu i innych zanieczyszczeń

Klasyfikacja właściwości metali i stopów

Właściwości metali i stopów dzielą się na 4 główne grupy:

1. fizyczny,
2. chemiczny,
3. mechaniczny,
4. techniczny.

Właściwości fizyczne metali i stopów.

Właściwości fizyczne metali i stopów obejmują kolor, gęstość (ciężar właściwy), topliwość, rozszerzalność cieplną, przewodność cieplną, pojemność cieplną, przewodność elektryczną i zdolność do magnesowania. Właściwości te nazywane są fizycznymi, ponieważ występują w zjawiskach, którym nie towarzyszy zmiana składu chemicznego substancji, tj. metale i stopy pozostają niezmienione w składzie pod wpływem ogrzewania, przepływu przez nie prądu lub ciepła, a także gdy są namagnesowane i stopione. Wiele z tych właściwości fizycznych ma ustalone jednostki miary, według których ocenia się właściwości metalu.

Kolor.

Metale i stopy nie są przezroczyste. Nawet cienkie warstwy metali i stopów nie są w stanie przepuszczać promieni, ale w świetle odbitym mają zewnętrzny połysk, a każdy metal i stop ma swój szczególny odcień połysku lub, jak mówią, kolor. Na przykład miedź jest różowo-czerwona, cynk jest szary, cyna jest błyszcząca biała itp.

Środek ciężkości - to jest waga 1cm3 metal, stop lub inna substancja w gramach. Na przykład ciężar właściwy czystego żelaza wynosi 7,88 g/cm 3 .

Topienie- zdolność metali i stopów do przemiany ze stanu stałego w ciekły charakteryzuje się temperaturą topnienia. Metale o wysokiej temperaturze topnienia nazywane są materiałami ogniotrwałymi (wolfram, platyna, chrom itp.). Metale o niskiej temperaturze topnienia nazywane są topliwymi (cyna, ołów itp.).

Rozszerzalność cieplna - właściwość metali i stopów do zwiększania objętości po podgrzaniu, charakteryzująca się współczynnikami rozszerzalności liniowej i objętościowej. Współczynnik rozszerzalności liniowej - stosunek przyrostu długości próbki metalu po podgrzaniu 1° do pierwotnej długości próbki. Współczynnik rozszerzalności objętościowej - stosunek wzrostu objętości metalu po podgrzaniu 1° do pierwotnej objętości. Współczynnik objętościowy przyjmuje się jako równy trzykrotnemu współczynnikowi rozszerzalności liniowej. Różne metale mają różne współczynniki rozszerzalności liniowej. Na przykład współczynnik rozszerzalności liniowej stali jest równy 0,000012 , miedź - 0,000017 , aluminium- 0,000023 . Znając współczynnik rozszerzalności liniowej metalu, możesz określić jego wartość wydłużenia:

1. Ustalmy, o ile zostanie przedłużony rurociąg stalowy 5000 metrów po podgrzaniu do 20°С :

5000 0,000012 20 = 1,2 m

1. Określmy, o ile wydłuży się rurociąg miedziany 5000 metrów po podgrzaniu do 20°С :

5000·0,000017·20= 1,7 m

1. Określmy, o ile wydłuży się rurociąg aluminiowy 5000 metrów po podgrzaniu do 20°С :

5000·0,000023·20=2,3 m

(We wszystkich trzech obliczeniach nie uwzględniono współczynnika tarcia od własnego ciężaru.) Z powyższych obliczeń wynika, że ​​metale nieżelazne pod wpływem ciepła rozszerzają się w większym stopniu niż stal, co należy wziąć pod uwagę podczas proces spawania.

Przewodność cieplna -zdolność metali i stopów do przewodzenia ciepła. Im większa przewodność cieplna, tym szybciej ciepło rozprzestrzenia się przez metal lub stop po podgrzaniu. Po ochłodzeniu metale i stopy o wysokiej przewodności cieplnej szybciej uwalniają ciepło. Przewodność cieplna czerwonej miedzi w 6 razy wyższa niż przewodność cieplna żelaza. Podczas spawania metali i stopów o wysokiej przewodności cieplnej wymagane jest wstępne, a czasem towarzyszące ogrzewanie.

Pojemność cieplna - ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki masy na 1°. Ciepło właściwe - ilość ciepła zawarta w kcal(kilokalorie) potrzebne do ogrzewania 1 kg substancje na 1°. Platyna i ołów mają niskie ciepło właściwe. Ciepło właściwe stali i żeliwa wynosi w przybliżeniu 4 razy wyższe od ciepła właściwego ołowiu.

Przewodnictwo elektryczne - zdolność metali i stopów do przewodzenia prądu elektrycznego. Miedź, aluminium i ich stopy mają dobrą przewodność elektryczną.

Właściwości magnetyczne - zdolność metali do magnesowania, która objawia się tym, że namagnesowany metal przyciąga metale posiadające właściwości magnetyczne.

Właściwości chemiczne metali i stopów.

Właściwości chemiczne metali i stopów oznaczają ich zdolność do łączenia się z różnymi substancjami, przede wszystkim z tlenem. Właściwości chemiczne metali i stopów obejmują:

1. odporność na korozję w powietrzu,
2. odporność na kwasy,
3. odporność na alkalia,
4. wytrzymałość cieplna.

Odporność metali i stopów na działanie powietrza nazywana zdolnością tego ostatniego do przeciwstawienia się niszczycielskiemu działaniu tlenu w powietrzu.

Odporność na kwasy nazywana zdolnością metali i stopów do przeciwstawiania się niszczącemu działaniu kwasów. Na przykład kwas solny niszczy aluminium i cynk, ale nie niszczy ołowiu; kwas siarkowy niszczy cynk i żelazo, ale prawie nie ma wpływu na ołów, aluminium i miedź.

Odporność na alkalia metale i stopy nazywane są odpornością na niszczycielskie działanie zasad. Alkalia są szczególnie szkodliwe dla aluminium, cyny i ołowiu.

Wytrzymałość cieplna nazywana zdolnością metali i stopów do przeciwstawienia się zniszczeniu pod wpływem tlenu podczas ogrzewania. Aby zwiększyć odporność na ciepło, do metalu wprowadza się specjalne zanieczyszczenia, takie jak chrom, wanad, wolfram itp.

Starzenie się metali - zmiana właściwości metali w czasie na skutek procesów wewnętrznych, zachodzących zwykle wolniej w temperaturze pokojowej i intensywniej w temperaturach podwyższonych. Starzenie się stali spowodowane jest wytrącaniem się węglików i azotków na granicach ziaren, co prowadzi do wzrostu wytrzymałości i zmniejszenia ciągliwości stali. Do pierwiastków zmniejszających tendencję stali do starzenia zalicza się aluminium i krzem, natomiast do pierwiastków sprzyjających starzeniu zalicza się azot i węgiel.

Właściwości mechaniczne metali i stopów.

Ryż. 1

Główne właściwości mechaniczne metali i stopów obejmują

1. wytrzymałość,
2. twardość,
3. elastyczność,
4. Plastikowy,
5. siła uderzenia,
6. skradać się,
7. zmęczenie.

Trwałość nazywana odpornością metalu lub stopu na odkształcenia i zniszczenie pod wpływem obciążeń mechanicznych. Obciążenia mogą być ściskające, rozciągające, skręcające, ścinające i zginające ( Ryż. 1 ).

Twardość to zdolność metalu lub stopu do przeciwstawienia się penetracji innego, twardszego ciała.

Ryż. 2

W technologii najczęściej stosowane są następujące metody badania twardości metali i stopów:

1. 2,5 ; 5 I 10 mm- próba twardości wg Brinella (Ryż. 2, za );
2. naciśnięcie stalowej kulki o średnicy 1,588 mm lub stożek diamentowy - próba twardości wg Rockwella (Ryż. 2, ur )
3. wciśnięcie w materiał regularnej czworościennej piramidy diamentowej – próba wg Vickersa (Ryż. 2, w ).

Ryż. 3

Elastyczność to zdolność metalu lub stopu do zmiany swojego pierwotnego kształtu pod wpływem obciążenia zewnętrznego i przywrócenia go po usunięciu obciążenia ( Ryż. 3 ).

Plastyczność to zdolność metalu lub stopu do zmiany kształtu pod wpływem obciążenia bez pękania i zachowania tego kształtu po jego usunięciu. Plastyczność charakteryzuje się względnym wydłużeniem i względnym skurczem.

Gdzie Δ l = l 1 -l 0 - wydłużenie bezwzględne próbki przy zerwaniu;

δ - rozciągnięcie względne;

l 1 - długość próbki w momencie rozerwania;

ja 0 - początkowa długość próbki;

Gdzie Ψ -względne zwężenie przy zerwaniu;

F 0- początkowa powierzchnia przekroju próbki;

F- obszar próbki po pęknięciu

Ryc. 4

Siła uderzenia odnosi się do zdolności metalu lub stopu do wytrzymywania obciążeń udarowych. Badania przeprowadza się na ogniu wahadłowym ( Ryż. 4). Przed przetestowaniem wahadła 1 cofnięty do kąta wzniesienia α , w tej pozycji są zabezpieczone zatrzaskiem. Strelka 2 , zamontowany na osi wahadła wahadła, jest cofany aż do zatrzymania 3 znajduje się w zerowym dziale skali 4 . Wahadło wypuszczone z zatrzasku opada niszcząc próbkę 5 i (kontynuując ruch bezwładności, wznosi się na drugą stronę łóżka, pod pewnym kątem β . Gdy wahadło porusza się do tyłu, strzałka 2 odbiega od podziałki zerowej i przy wahadle ustawionym pionowo wskazuje wartość β - największy kąt wzniesienia wahadła po zniszczeniu próbki. Różnica kąta α-β charakteryzuje pracę pęknięcia próbki.

Aby określić siłę uderzenia, najpierw oblicz pracę A, który jest wydawany przez obciążenie wahadłowe na zniszczenie próbki

A = P (N - h) kgf m

Gdzie N - wysokość wahadła przed uderzeniem M

H -wysokość wahadła po uderzeniu M

R - siła uderzenia.

Następnie określa się siłę uderzenia

Gdzie jakiś - siła uderzenia w kgfm/cm2

F - pole przekroju próbki w cm2 .

Skradać się nazywana właściwością metalu lub stopu polegającą na powolnym i ciągłym odkształcaniu się plastycznym pod wpływem stałego obciążenia (szczególnie w podwyższonych temperaturach).

Zmęczenie nazywa się stopniowym niszczeniem metalu lub stopu pod dużą liczbą wielokrotnie zmiennych obciążeń, a zdolność do wytrzymywania tych obciążeń nazywa się wytrzymałością.

Próba rozciągania próbek metali i stopów przeprowadzane w temperaturach niskich, normalnych i podwyższonych. Badania w niskich temperaturach przeprowadza się zgodnie z GOST 11150-65 0 -100°C oraz w temperaturze wrzenia technicznego ciekłego azotu. Badania w temperaturach normalnych przeprowadza się wg GOST 1497-61 w temperaturze 20±10°С .

Badania w podwyższonych temperaturach przeprowadza się wg GOST 9651-61 w temperaturach do 1200°C .

Podczas badania próbek pod kątem wytrzymałości na rozciąganie określa się wytrzymałość ostateczną - σ w , granica plastyczności (fizyczna) - σ t , konwencjonalna (techniczna) granica plastyczności - σ о,2 , rzeczywista wytrzymałość na rozciąganie - S. do i wydłużenie względne - δ .

Ryż. 5

Aby zrozumieć powyższe wartości, należy rozważyć diagram przedstawiony w Ryż. 5. Oś pionowa 0-P policzyć przyłożone obciążenie R w kilogramach (im wyższy punkt na osi, tym większe obciążenie), a wzdłuż osi poziomej wydłużenie bezwzględne Δ l .

Przyjrzyjmy się fragmentom diagramu:

1. początkowy prosty odcinek 0-P szt, na którym zachowana jest proporcjonalność pomiędzy wydłużeniem materiału a obciążeniem ( R szt-obciążenie na granicy proporcjonalności)
2. ostry punkt przegięcia R't zwane obciążeniem przy górnej granicy plastyczności
3. działka R't - Rt, równolegle do osi poziomej 0-Δ l (plateau plastyczności), w ramach którego następuje wydłużenie próbki pod stałym obciążeniem Rt, zwane obciążeniem w granicy plastyczności
4. kropka R w, wskazując największą siłę rozciągającą - obciążenie przy wytrzymałości ostatecznej
5. kropka R k-siła w momencie zniszczenia próbki.

Wytrzymałość na rozciąganie pod napięciem (tymczasowy opór) σ w- naprężenie odpowiadające największemu obciążeniu poprzedzającemu zniszczenie próbki:

Gdzie F 0- pole przekroju poprzecznego próbki przed badaniem mm2

Szpilka- największa siła rozciągająca w kgf .

Siła plastyczności (fizyczny) σ t- najmniejsze naprężenie, przy którym badana próbka odkształca się bez zwiększania obciążenia (obciążenie nie wzrasta, lecz próbka się wydłuża),

Warunkowa granica plastyczności (techniczna) σ о,2- naprężenie, przy którym osiągane jest odkształcenie szczątkowe próbki 0,2% :

Granica proporcjonalności σ szt- naprężenie warunkowe, przy którym odchylenie od liniowej zależności pomiędzy naprężeniami i odkształceniami osiąga pewien stopień określony warunkami technicznymi:

Prawdziwa odporność na rozdarcie S. do- naprężenie w szyjce próbki rozciąganej, definiowane jako stosunek siły rozciągającej działającej na próbkę bezpośrednio przed jej zerwaniem do pola przekroju poprzecznego szyjki ( F ):

Właściwości technologiczne metali i stopów.

Właściwości technologiczne metali i stopów obejmują:

• skrawalność,
• plastyczność,
• płynność,
• kurczenie się,
• spawalność,
• hartowność itp. .

Skrawalność odnosi się do zdolności metali i stopów do obróbki skrawaniem za pomocą narzędzi skrawających.

Ciągliwość nazywamy zdolność metali i stopów do przyjmowania wymaganego kształtu pod wpływem sił zewnętrznych, zarówno w stanie zimnym, jak i gorącym.

Płynność nazwać zdolność metali i stopów do wypełniania form odlewniczych. Żeliwo fosforowe ma wysoką płynność.

Kurczenie się to zdolność metali i stopów do zmniejszania swojej objętości podczas chłodzenia podczas krzepnięcia ze stanu ciekłego, chłodzenia, spiekania sprasowanych proszków lub suszenia.

Metale nieżelazne obejmują wszystkie metale z wyjątkiem żelaza i stopów na jego bazie - stale i żeliwa, które nazywane są żelaznymi. Stopy na bazie metali nieżelaznych stosowane są głównie jako materiały konstrukcyjne o specjalnych właściwościach: odporne na korozję, nośne (o niskim współczynniku tarcia), żaroodporne i żaroodporne itp.

Nie ma jednolitego systemu znakowania metali nieżelaznych i stopów na ich bazie. We wszystkich przypadkach przyjęto system alfanumeryczny. Litery wskazują, że stopy należą do określonej grupy, a cyfry w różnych grupach materiałów mają różne znaczenie. W jednym przypadku wskazują stopień czystości metalu (dla czystych metali), w innym - liczbę pierwiastków stopowych, a w trzecim wskazują numer stopu, który zależy od stanu. norma musi spełniać określony skład lub właściwości.
Miedź i jej stopy
Miedź techniczna oznaczona jest literą M, po której następują cyfry związane z ilością zanieczyszczeń (wskazujące na stopień czystości materiału). Miedź klasy M3 zawiera więcej zanieczyszczeń niż M000. Litery na końcu znaku oznaczają: k - katodowy, b - beztlenowy, p - odtleniony. Wysoka przewodność elektryczna miedzi determinuje jej podstawowe zastosowanie w elektrotechnice jako materiału przewodzącego. Miedź dobrze się odkształca, dobrze spawa i lutuje. Jego wadą jest słaba obrabialność.
Do głównych stopów na bazie miedzi zalicza się mosiądz i brąz. W stopach na bazie miedzi przyjmuje się system alfanumeryczny charakteryzujący skład chemiczny stopu. Pierwiastki stopowe są oznaczone rosyjską literą odpowiadającą pierwszej literze nazwy pierwiastka. Co więcej, często te litery nie pokrywają się z oznaczeniem tych samych pierwiastków stopowych podczas znakowania stali. Aluminium - A; Krzem - K; Mangan – Mts; Miedź - M; Nikiel - N; Tytan -T; Fosfor - F; Chrom -X; Beryl - B; Żelazo - F; Magnez – Mg; Cyna - O; Ołów - C; Cynk - C.
Procedura znakowania mosiądzów odlewanych i kutych jest inna.
Mosiądz jest stopem miedzi i cynku (Zn od 5 do 45%). Mosiądz o zawartości cynku od 5 do 20% nazywany jest czerwonym (tompak), przy zawartości Zn 20-36% – żółtym. W praktyce rzadko stosuje się mosiądze o zawartości cynku przekraczającej 45%. Zwykle mosiądz dzieli się na:
- mosiądz dwuskładnikowy lub prosty, składający się wyłącznie z miedzi, cynku i w małych ilościach zanieczyszczeń;
- mosiądz wieloskładnikowy lub specjalny - oprócz miedzi i cynku występują dodatkowe pierwiastki stopowe.
Odkształcalne mosiądze są oznaczone zgodnie z GOST 15527-70.
Gatunek prostego mosiądzu składa się z litery „L”, wskazującej rodzaj stopu - mosiądz oraz dwucyfrowej liczby charakteryzującej średnią zawartość miedzi. Na przykład gatunek L80 to mosiądz zawierający 80% Cu i 20% Zn. Wszystkie mosiądze dwuskładnikowe nadają się do obróbki ciśnieniowej. Dostarczane są w postaci rur i rurek o różnych kształtach przekrojów, arkuszy, taśm, taśm, drutu i prętów o różnych profilach. Wyroby mosiężne o dużych naprężeniach wewnętrznych (na przykład obrabiane na zimno) są podatne na pękanie. Podczas długotrwałego przechowywania na powietrzu tworzą się na nich pęknięcia podłużne i poprzeczne. Aby tego uniknąć, przed długotrwałym składowaniem należy rozładować naprężenia wewnętrzne poprzez wyżarzanie w niskiej temperaturze w temperaturze 200-300 C.
W mosiądzach wieloskładnikowych po literze L zapisywany jest szereg liter wskazujących, jakie pierwiastki stopowe, z wyjątkiem cynku, wchodzą w skład tego mosiądzu. Następnie po łącznikach następują liczby, z których pierwsza charakteryzuje średnią zawartość miedzi w procentach, a kolejne - każdy z pierwiastków stopowych w tej samej kolejności, co w części literowej marki. Kolejność liter i cyfr zależy od zawartości odpowiedniego elementu: najpierw pojawia się element, który ma więcej, a następnie malejąco. Zawartość cynku określa się jako różnicę od 100%.
Mosiądz stosowany jest głównie jako materiał odkształcalny i odporny na korozję. Wykonuje się z nich blachy, rury, pręty, taśmy i niektóre części: nakrętki, śruby, tuleje itp.
Mosiądze odlewnicze oznakowane są zgodnie z GOST 1711-30. Na początku znaczka wpisują także literę L (mosiądz), po czym wpisują literę C, co oznacza cynk, oraz liczbę wskazującą jego procentową zawartość. W mosiądzach stopowych dodatkowo zapisuje się litery odpowiadające wprowadzonym pierwiastkom stopowym, a następujące po nich cyfry oznaczają procentową zawartość tych pierwiastków. Pozostała część brakująca do 100% odpowiada zawartości miedzi. Mosiądz odlewniczy służy do produkcji armatury i części do budowy statków, tulei, tulei i łożysk.
Brąz (stopy miedzi z różnymi pierwiastkami, gdzie cynk nie jest głównym pierwiastkiem). Podobnie jak mosiądz dzielą się na odlewane i kute. Wszystkie brązy są oznaczone literami Br, co jest skrótem od brązu.
W brązach odlewanych po Br zapisuje się litery, po których następują cyfry, które symbolicznie oznaczają pierwiastki wprowadzone do stopu (zgodnie z tabelą 1), a kolejne cyfry oznaczają procentową zawartość tych pierwiastków. Reszta (do 100%) to miedź. Czasami w niektórych markach brązów odlewanych piszą na końcu literę „L”, co oznacza odlewnię.
Większość brązów ma dobre właściwości odlewnicze. Stosowane są do odlewów o różnych kształtach. Najczęściej stosowane są jako materiał odporny na korozję i przeciwcierny: okucia, felgi, tuleje, koła zębate, gniazda zaworów, koła ślimakowe itp. Wszystkie stopy na bazie miedzi mają wysoką odporność na zimno.
Aluminium i stopy na jego bazie
Aluminium produkowane jest w postaci surówek, wlewków, walcówki itp. (aluminium pierwotne) zgodnie z GOST 11069-74 oraz w postaci odkształcalnego półproduktu (blachy, profile, pręty itp.) zgodnie z GOST 4784-74. Ze względu na stopień zanieczyszczenia aluminium dzieli się na aluminium o szczególnej czystości, wysokiej czystości i czystości technicznej. Aluminium pierwotne według GOST 11069-74 jest oznaczone literą A i liczbą, za pomocą której można określić zawartość zanieczyszczeń w aluminium. Aluminium dobrze się odkształca, ale jest trudne do cięcia. Zwijając go, możesz zrobić folię.

Stopy na bazie aluminium dzielą się na odlewane i kute.
Stopy odlewnicze na bazie aluminium są oznaczone zgodnie z GOST 1583-93. Gatunek odzwierciedla główny skład stopu. Większość gatunków stopów odlewniczych zaczyna się od litery A, która oznacza stop aluminium. Następnie zapisywane są litery i cyfry, które odzwierciedlają skład stopu. W niektórych przypadkach stopy aluminium oznaczane są literami AL (co oznacza odlewany stop aluminium) i liczbą wskazującą numer stopu. Litera B na początku znaku wskazuje, że stop charakteryzuje się dużą wytrzymałością.
Zastosowanie aluminium i stopów na jego bazie jest bardzo różnorodne. Aluminium techniczne wykorzystywane jest głównie w elektrotechnice jako przewodnik prądu elektrycznego, zamiennik miedzi. Stopy odlewnicze na bazie aluminium znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle chłodniczym i spożywczym do produkcji części o skomplikowanych kształtach (różnymi metodami odlewania), które wymagają zwiększonej odporności na korozję w połączeniu z małą gęstością, np. niektóre tłoki sprężarek, dźwignie i inne Części.
Stopy kute na bazie aluminium są również szeroko stosowane w technologii spożywczej i chłodniczej do produkcji różnych części metodą obróbki ciśnieniowej, które również podlegają podwyższonym wymaganiom w zakresie odporności na korozję i gęstości: różne pojemniki, nity itp. Ważną zaletą wszystkich stopów na bazie aluminium jest ich wysoka odporność na zimno.
Tytan i stopy na jego bazie
Tytan i stopy na jego bazie oznacza się zgodnie z GOST 19807-74 za pomocą systemu alfanumerycznego. Jednak na etykiecie nie ma wzoru. Jedyną osobliwością jest obecność we wszystkich markach litery T, która wskazuje, że należą one do tytanu. Liczby w marce wskazują numer warunkowy stopu.
Tytan techniczny posiada oznaczenie: VT1-00; VT1-0. Wszystkie pozostałe gatunki należą do stopów na bazie tytanu (VT16, AT4, OT4, PT21 itp.). Główną zaletą tytanu i jego stopów jest dobre połączenie właściwości: stosunkowo niska gęstość, wysoka wytrzymałość mechaniczna i bardzo wysoka odporność na korozję (w wielu agresywnych środowiskach). Główną wadą jest wysoki koszt i rzadkość. Wady te utrudniają ich zastosowanie w technologii spożywczej i chłodniczej.

Stopy tytanu stosowane są w technologii rakietowej i lotniczej, inżynierii chemicznej, przemyśle stoczniowym i inżynierii transportu. Można je stosować w podwyższonych temperaturach do 500-550 stopni. Wyroby wykonane ze stopów tytanu powstają w procesie obróbki ciśnieniowej, ale można je również wytwarzać metodą odlewania. Skład stopów odlewniczych zwykle odpowiada składowi stopów do obróbki plastycznej. Na końcu gatunku stopu odlewniczego znajduje się litera L.
Magnez i stopy na jego bazie
Magnez techniczny ze względu na swoje niezadowalające właściwości nie jest stosowany jako materiał konstrukcyjny. Stopy na bazie magnezu zgodne z przepisami krajowymi. Standard dzieli się na odlewany i odkształcalny.
Odlewane stopy magnezu, zgodnie z GOST 2856-79, są oznaczone literami ML i liczbą wskazującą umowny numer stopu. Czasami po liczbie zapisywane są małe litery: pch - zwiększona czystość; to jest cel ogólny. Odkształcalne stopy magnezu są oznaczone zgodnie z GOST 14957-76 literami MA i liczbą wskazującą umowny numer stopu. Czasami po liczbie mogą występować małe litery pch, co oznacza zwiększoną czystość.

Stopy na bazie magnezu, podobnie jak stopy na bazie aluminium, charakteryzują się dobrą kombinacją właściwości: niską gęstością, zwiększoną odpornością na korozję, stosunkowo wysoką wytrzymałością (zwłaszcza wytrzymałością właściwą) z dobrymi właściwościami technologicznymi. Dlatego ze stopów magnezu wykonujemy zarówno części o prostych, jak i skomplikowanych kształtach, które wymagają zwiększonej odporności na korozję: szyjki, zbiorniki benzyny, armatura, obudowy pomp, bębny hamulcowe, kratownice, kierownice i wiele innych produktów.
Cyna, ołów i stopy na ich bazie
Ołów w czystej postaci praktycznie nie jest stosowany w urządzeniach spożywczych i chłodniczych. Cyna stosowana jest w przemyśle spożywczym jako powłoka pojemników na żywność (np. cynowanie blach blaszanych). Cyna jest oznaczona zgodnie z GOST 860-75. Istnieją marki O1pch; O1; O2; O3; O4. Litera O oznacza cynę, a liczby reprezentują liczbę umowną. Wraz ze wzrostem liczby wzrasta ilość zanieczyszczeń. Litery pch na końcu marki oznaczają zwiększoną czystość. W przemyśle spożywczym do cynowania blach blaszanych najczęściej wykorzystuje się cynę w gatunkach O1 i O2.
Stopy na bazie cyny i ołowiu, w zależności od przeznaczenia, dzielą się na dwie duże grupy: babbity i lutowie.
Babbitty to złożone stopy na bazie cyny i ołowiu, które dodatkowo zawierają antymon, miedź i inne dodatki. Są one oznaczone zgodnie z GOST 1320-74 literą B, która oznacza babbitt, i liczbą oznaczającą procentową zawartość cyny. Czasami oprócz litery B może znajdować się inna litera wskazująca specjalne dodatki. Na przykład litera H oznacza dodatek niklu (babitt niklu), litera C - babbitt ołowiu itp. Należy pamiętać, że marka babbitt nie jest w stanie określić jego pełnego składu chemicznego. W niektórych przypadkach zawartość cyny nie jest nawet wskazana, np. w marce BN, chociaż zawiera ona około 10%. Istnieją również babbity bezcynowe (na przykład ołowiowo-wapniowe), które są oznaczone zgodnie z GOST 1209-78 i nie są badane w tej pracy.

Babbity są najlepszym materiałem przeciwciernym i są stosowane głównie w łożyskach ślizgowych.
Luty, zgodnie z GOST 19248-73, dzielą się na grupy według wielu cech: według metody topienia, według temperatury topnienia, według głównego składnika itp. Według temperatury topnienia dzieli się je na 5 grup:

1. Szczególnie niskotopliwy (temperatura topnienia tmelt ≤ 145 °C);

2. Niskotopliwy (temperatura topnienia tmelt > 145 °C ≤ 450 °C);

3. Średnio topliwy (temperatura topnienia tmelt > 450 °C ≤ 1100 °C);

4. Wysokotopliwy (temperatura topnienia tmelt > 1100 °C ≤ 1850 °C);

5. Materiał ogniotrwały (temperatura topnienia tmelt > 1850 °C).

Dwie pierwsze grupy służą do lutowania w niskiej temperaturze (miękkiego), pozostałe - do lutowania w wysokiej temperaturze (twardego). Według głównego składnika luty dzielą się na: gal, bizmut, cyna-ołów, cyna, kadm, ołów, cynk, aluminium, german, magnez, srebro, miedź-cynk, miedź, kobalt, nikiel, mangan, złoto, pallad , platyna, tytan, żelazo, cyrkon, niob, molibden, wanad.

Współczesny przemysł wykorzystuje ogromną ilość materiałów. Tworzywa sztuczne i kompozyty, grafit i inne substancje... Ale metal zawsze pozostaje aktualny. Wykonuje się z niego gigantyczne konstrukcje budowlane i służy do tworzenia różnorodnych maszyn i innego sprzętu.

Dlatego klasyfikacja metalu odgrywa ważną rolę w przemyśle i nauce, ponieważ znając ją, można wybrać najbardziej odpowiedni rodzaj materiału do określonego celu. Ten artykuł jest poświęcony temu tematowi.

Ogólna definicja

Metale to proste substancje, które w normalnych warunkach charakteryzują się kilkoma charakterystycznymi cechami: wysoką przewodnością cieplną i elektryczną, a także ciągliwością. Plastikowy. W stanie stałym charakteryzują się strukturą krystaliczną na poziomie atomowym, dlatego mają wysokie wskaźniki wytrzymałości. Ale są też stopy będące ich pochodnymi. Co to jest?

Jest to nazwa nadana materiałom otrzymanym z dwóch lub więcej substancji w wyniku ogrzewania ich powyżej temperatury topnienia. Należy pamiętać, że istnieją stopy metaliczne i niemetaliczne. W pierwszym przypadku kompozycja musi zawierać co najmniej 50% metalu.

Nie odbiegajmy jednak od tematu artykułu. Jaka jest zatem klasyfikacja metalu? Ogólnie rzecz biorąc, dzielenie jest dość proste:

1. Czarne metale.
2. Metale nieżelazne.

Do pierwszej kategorii zalicza się żelazo i wszystkie stopy na jego bazie. Wszystkie inne metale są metalami nieżelaznymi, podobnie jak ich związki. Każdą kategorię należy rozważyć bardziej szczegółowo: pomimo niezwykle nudnej klasyfikacji ogólnej, w rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. A jeśli pamiętasz, że są też metale szlachetne... I one też są inne. Klasyfikacja metali szlachetnych jest jednak jeszcze prostsza. W sumie jest ich osiem: złoto i srebro, platyna, pallad, ruten, osm, a także rod i iryd. Najcenniejsze są metale z grupy platynowców.

Właściwie klasyfikacja jest jeszcze bardziej nudna. To jest nazwa (w biżuterii) tego samego srebra, złota i platyny. Dość jednak o „wielkich sprawach”. Czas porozmawiać o bardziej powszechnych i popularnych materiałach.

Zaczniemy od przeglądu różnych gatunków stali, która jest właśnie pochodną najpopularniejszego metalu żelaznego – żelaza.

Co to jest stal?

Żelazo i niektóre dodatki, które zawierają nie więcej niż 2,14% węgla atomowego. Klasyfikacja tych materiałów jest niezwykle obszerna i uwzględnia: skład chemiczny i metody produkcji, obecność lub brak szkodliwych zanieczyszczeń, a także strukturę. Jednak najważniejszą cechą jest skład chemiczny, ponieważ ma on wpływ na gatunek i nazwę stali.

Odmiany węglowe

Materiały te nie zawierają w ogóle dodatków stopowych, jednak technologia ich wytwarzania dopuszcza pewną ilość innych zanieczyszczeń (najczęściej manganu). Ponieważ zawartość tych substancji waha się w granicach 0,8-1%, nie mają one żadnego wpływu na wytrzymałość, właściwości mechaniczne i chemiczne stali. Kategoria ta wykorzystywana jest w budownictwie i produkcji różnorodnych narzędzi. Oczywiście klasyfikacja metalu jest daleka od pełnej.

Stale konstrukcyjne węglowe

Najczęściej wykorzystuje się je do budowy różnorodnych konstrukcji o przeznaczeniu przemysłowym, wojskowym czy domowym, ale często wykorzystuje się je do produkcji narzędzi i mechanizmów. W takim przypadku zawartość węgla w żadnym wypadku nie powinna przekraczać 0,5-0,6%. Muszą posiadać niezwykle wysoką wytrzymałość, o czym świadczy cała grupa badań certyfikowanych przez międzynarodowe agencje (σB, σ0,2, δ, ψ, KCU, HB, HRC). Istnieją dwa typy:

• Zwykły.
• Wysoka jakość.

Jak można się domyślić, te pierwsze służą do budowy różnych obiektów inżynierskich. Wysokiej jakości są wykorzystywane wyłącznie do produkcji niezawodnych narzędzi stosowanych w budowie maszyn i innych gałęziach przemysłu.

Jeśli chodzi o te materiały, na ich powierzchni dozwolona jest korozja metali. Klasyfikacja stali innych typów przewiduje dla nich znacznie bardziej rygorystyczne wymagania.

Stale węglowe narzędziowe

Ich dziedziną jest inżynieria precyzyjna, produkcja instrumentów dla nauki i medycyny, a także inne sektory przemysłu, które wymagają zwiększonej wytrzymałości i dokładności. Zawartość węgla w nich może wynosić od 0,7 do 1,5%. Materiał taki musi charakteryzować się bardzo dużą wytrzymałością, być odporny na czynniki ścierne i ekstremalnie wysokie temperatury.

Stale stopowe

Tak nazywają się materiały, które oprócz naturalnych zanieczyszczeń zawierają znaczną ilość sztucznie dodanych dodatków stopowych. Należą do nich chrom, nikiel, molibden. Ponadto stale stopowe mogą zawierać także mangan i krzem, których zawartość najczęściej nie przekracza 0,8-1,2%.

W tym przypadku klasyfikacja metalu implikuje ich podział na dwa typy:

• Stale o niskiej zawartości dodatków. W sumie jest ich nie więcej niż 2,5%.
• Stopowe. Zawierają dodatki od 2,5 do 10%.
• Materiały o dużej zawartości dodatków (ponad 10%).

Typy te są również podzielone na podtypy, podobnie jak w poprzednim przypadku.

Stal konstrukcyjna stopowa

Podobnie jak wszystkie inne odmiany, są aktywnie wykorzystywane w inżynierii mechanicznej, budowie budynków i innych konstrukcji, a także w przemyśle. Jeśli porównamy je z odmianami węgla, wówczas takie materiały wygrywają pod względem stosunku właściwości wytrzymałościowych, plastyczności i lepkości. Ponadto są bardzo odporne na ekstremalnie niskie temperatury. Wykorzystuje się je do budowy mostów, samolotów, rakiet i narzędzi dla przemysłu precyzyjnego.

Stopowe stale narzędziowe

Zasadniczo cechy są bardzo podobne do typu omówionego powyżej. Można go używać do następujących celów:

• Produkcja przyrządów i narzędzi skrawających oraz precyzyjnych pomiarowych. W szczególności z tego materiału wykonane są narzędzia tokarskie do metalu, którego klasyfikacja zależy bezpośrednio od stali: jej klasa jest koniecznie nadrukowana na produkcie.
• Wykorzystuje się je także do wykonywania matryc do walcowania na zimno i na gorąco.

specjalny cel

Jak sama nazwa wskazuje, materiały te mają pewne specyficzne cechy. Na przykład istnieją typy żaroodporne i żaroodporne, a także dobrze znana stal nierdzewna. W związku z tym zakres ich zastosowania obejmuje produkcję maszyn i narzędzi, które będą pracować w szczególnie trudnych warunkach: turbiny do silników, piece do wytapiania metali itp.

Stale konstrukcyjne

Stale o średniej zawartości węgla. Wykorzystuje się je do produkcji szerokiej gamy różnorodnych materiałów budowlanych. W szczególności służą do wykonywania profili (kształtowych i blachowych), rur, kątowników itp. Oczywiście przy wyborze określonej kategorii metalu zwraca się szczególną uwagę na właściwości wytrzymałościowe stali.

Ponadto na długo przed budową wszystkie charakterystyki są wielokrotnie obliczane za pomocą modeli matematycznych, dzięki czemu w większości przypadków ten lub inny rodzaj walcowanego produktu można wyprodukować według indywidualnych wymagań klienta.

Stale wzmacniające

Jak zapewne się domyślacie, ich zakres zastosowania to wzmacnianie bloczków i gotowych konstrukcji wykonanych z żelbetu. Produkowane są w postaci prętów lub drutu o dużej średnicy. Materiałem jest węgiel lub stal z niską zawartością dodatków stopowych. Istnieją dwa typy:

• Walcowane na gorąco.
• Wzmocniony termicznie i mechanicznie.

Kotłownie stalowe

Wykorzystuje się je do produkcji kotłów i cylindrów, a także innych zbiorników i armatury, które muszą pracować w warunkach wysokiego ciśnienia w różnych warunkach temperaturowych. Grubość części w tym przypadku może wynosić od 4 do 160 mm.

Stale automatyczne

Tak nazywa się materiały, które można dobrze przetworzyć poprzez cięcie. Charakteryzują się także dużą obrabialnością. Wszystko to sprawia, że ​​taka stal jest idealnym materiałem na zautomatyzowane linie produkcyjne, których z roku na rok jest coraz więcej.

Stale łożyskowe

Typy te ze względu na swój rodzaj należą do odmian strukturalnych, jednak swoim składem upodabniają je do odmian instrumentalnych. Wyróżniają się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi i dużą odpornością na zużycie (ścieranie).

Zbadaliśmy podstawowe właściwości i klasyfikację metali tej klasy. Następne w kolejce jest jeszcze bardziej popularne i znane żeliwo.

Żeliwo: klasyfikacja i właściwości

Tak nazywa się materiał, który jest stopem żelaza i węgla (oraz innych dodatków), a zawartość C waha się od 2,14 do 6,67%. Żeliwo, podobnie jak stal, wyróżnia się składem chemicznym, metodami produkcji i ilością zawartego węgla, a także obszarami zastosowań w życiu codziennym i przemyśle. Jeżeli żeliwo nie zawiera dodatków, nazywa się je niestopowym. W przeciwnym razie - dopingowany.

Klasyfikacja ze względu na cel

1. Istnieją ograniczenia, które prawie zawsze są wykorzystywane do późniejszej obróbki stali.
2. Odmiany odlewnicze stosowane do odlewania produktów o różnych konfiguracjach i złożoności.
3. Specjalne, podobne do stali.

Klasyfikacja według rodzaju dodatków chemicznych

• Żeliwo białe. Charakteryzuje się tym, że węgiel w swojej strukturze jest prawie całkowicie związany, występując w składzie różnych węglików. Bardzo łatwo go rozróżnić: po stłuczeniu jest biały i błyszczący, charakteryzuje się największą twardością, ale jednocześnie jest niezwykle kruchy i daje się bardzo trudno obrabiać.
• W połowie wybielony. W górnych warstwach odlewu jest on nie do odróżnienia od żeliwa białego, natomiast jego rdzeń jest szary i zawiera w swojej strukturze dużą ilość wolnego grafitu. Generalnie łączy w sobie cechy obu typów. Jest dość trwały, ale jednocześnie znacznie łatwiejszy w obróbce, a z kruchością radzi sobie znacznie lepiej.
• Szary. Zawiera dużo grafitu. Trwały, dość odporny na zużycie, łatwy w obróbce.

To nie przypadek, że stawiamy na grafit. Faktem jest, że klasyfikacja metali i stopów w konkretnym przypadku zależy od ich zawartości i struktury przestrzennej. W zależności od tych cech dzieli się je na perlit, ferryt-perlit i ferryt.

Sam grafit w każdym z nich może występować w czterech różnych postaciach:

• Jeśli jest reprezentowany przez płytki i „płatki”, to należy do odmiany blaszkowej.
• Jeśli materiał zawiera wtrącenia przypominające wyglądem robaki, mówimy o graficie wermikularnym.
• W związku z tym różne płaskie, nierówne wtrącenia wskazują, że jest to odmiana kłaczkowata.
• Kuliste, półkuliste elementy charakteryzują się kulistym kształtem.

Ale nawet w tym przypadku klasyfikacja metali i stopów jest nadal niekompletna! Faktem jest, że te zanieczyszczenia, bez względu na to, jak dziwne może się to wydawać, bezpośrednio wpływają na wytrzymałość materiału. Zatem w zależności od kształtu i przestrzennego rozmieszczenia wtrąceń żeliwa dzielą się na następujące kategorie:

• Jeśli materiał zawiera wtrącenia grafitu płytkowego, to jest to zwykłe żeliwo szare (SG).
• Przez analogię do nazwy „dodatki” obecność cząstek wermikularnych charakteryzuje materiał wermikularny (CVG).
• Żeliwo ciągliwe (DC) zawiera wtrącenia płatkowe.
• Kulisty „wypełniacz” charakteryzuje żeliwo o dużej wytrzymałości (DC).

Przedstawiliśmy Państwu krótką klasyfikację i właściwości metali należących do kategorii „czarnej”. Jak widać, pomimo powszechnego błędnego przekonania, są one bardzo różnorodne, różnią się znacznie budową i właściwościami fizycznymi. Wydawać by się mogło, że żeliwo jest materiałem zwyczajnym i powszechnym, a jednak... Nawet ma kilka zupełnie różnych rodzajów, a niektóre z nich różnią się od siebie tak samo, jak samo żeliwo i blacha stalowa!

Odpady zamieniają się w dochód!

Czy jest jakaś klasyfikacja?W końcu co roku miliony ton najróżniejszych materiałów trafiają na wysypiska śmieci. Czy naprawdę są one masowo wysyłane do przetopienia bez jakiegokolwiek sortowania i kontroli? Oczywiście że nie. W sumie istnieje dziewięć kategorii:

• 3A. Standardowe odpady metali żelaznych, w tym duże i szczególnie duże kawałki. Waga każdego fragmentu wynosi co najmniej kilogram. Z reguły grubość kawałków nie przekracza sześciu milimetrów.
• 5A. W tym przypadku złom jest przewymiarowany. Grubość kawałków wynosi ponad sześć milimetrów.
• 12A. Ta kategoria oznacza mieszankę dwóch odmian opisanych powyżej.
• 17A. Złom żeliwny wymiarowy. Waga każdej sztuki wynosi co najmniej pół kilograma, ale nie więcej niż 20 kg.
• 19A. Podobny do poprzedniej klasy, ale odpad jest ponadgabarytowy. Ponadto dozwolona jest pewna zawartość fosforu w materiale.
• 20A. Złom żeliwny, kategoria najbardziej ponadgabarytowa. Dozwolone są kawałki ważące pięć ton. Zwykle obejmuje to zdemontowany i wycofany z eksploatacji sprzęt przemysłowy i wojskowy. Jak widać, klasyfikacja i właściwości metali w tej kategorii są dość podobne.
• 22A. I znowu ponadgabarytowy złom żeliwny. Różnica polega na tym, że w tym przypadku kategoria odpadów obejmuje zużyty i wyrzucony sprzęt hydrauliczny.
• Mieszać. Złom mieszany. Ważny! Niedozwolone są następujące rodzaje zawartości: drut metalowy i części ocynkowane.
• Galwanizacja. Jak sama nazwa wskazuje, obejmuje to cały złom zawierający fragmenty ocynkowane.

Taka była klasyfikacja metali żelaznych. A teraz omówimy ich kolorowych „kolegów”, którzy odgrywają ogromną rolę we całym współczesnym przemyśle i produkcji.

Metale nieżelazne

Tak nazywa się wszystkie inne pierwiastki, które mają metaliczną strukturę atomową, ale nie należą do żelaza i jego pochodnych. W literaturze anglojęzycznej można spotkać się z określeniem „non-iron metal”, które jest pojęciem synonimicznym. Jaka jest klasyfikacja metali nieżelaznych?

Istnieją następujące grupy, których podział opiera się na kilku kryteriach jednocześnie: odmiany lekkie i ciężkie, szlachetne, rozproszone i ogniotrwałe, radioaktywne i ziem rzadkich. Wiele metali nieżelaznych należy na ogół do kategorii rzadkich, ponieważ ich całkowita ilość na naszej planecie jest stosunkowo niewielka.

Wykorzystuje się je do produkcji części i urządzeń, które muszą pracować w warunkach środowiska agresywnego, tarcia lub w razie potrzeby (np. czujniki) posiadać wysoki stopień przewodności cieplnej lub elektrycznej. Ponadto są poszukiwane w przemyśle wojskowym, kosmicznym i lotniczym, gdzie wymagana jest maksymalna wytrzymałość przy stosunkowo niskiej masie.

Należy pamiętać, że klasyfikacja metali ciężkich różni się od innych. Jednak jako taki nie istnieje, ale do tej grupy zalicza się miedź, nikiel, kobalt, a także cynk, kadm, rtęć i ołów. Spośród nich na skalę przemysłową wykorzystuje się jedynie Cu i Zn, o czym wspomnimy później.

Aluminium i stopy na jego bazie

Aluminium, „skrzydlaty metal”. Wyróżnia się trzy typy (w zależności od stopnia czystości chemicznej):

• Najwyższy standard (szczególna czystość) (99,999%).
• Wysoka czystość.
• Próba techniczna.

Ten ostatni rodzaj dostępny jest na rynku w postaci blach, różnych profili i drutów o różnych przekrojach. W handlu oznaczane jako AD0 i AD1. Należy pamiętać, że nawet wysokiej jakości aluminium często zawiera wtrącenia Fe, Si, Gu, Mn, Zn.

Stopy

Jaka jest klasyfikacja metali nieżelaznych w tym przypadku? W zasadzie nic skomplikowanego. Istnieć:

• Duraluminium.
• Aviali.

Duraluminium to stopy, do których dodaje się miedź i magnez. Ponadto istnieją materiały, w których jako dodatki stosuje się miedź i magnez. Stopy są również nazywane stopami, ale zawierają znacznie więcej dodatków. Najważniejsze z nich to magnez i krzem, a także żelazo, miedź, a nawet tytan.

W zasadzie zagadnienie to jest rozpatrywane znacznie bardziej szczegółowo w materiałoznawstwie. Klasyfikacja metali nie kończy się na aluminium i jego rodzajach.

Miedź

Dziś wyróżniają się (zawartość substancji czystej 97,97%), a szczególnie czysta próżnia (99,99%). W przeciwieństwie do innych metali nieżelaznych, na właściwości mechaniczne i chemiczne miedzi niezwykle silnie wpływają nawet najmniejsze zanieczyszczenia niektórych dodatków.

Stopy

Dzielą się na dwie duże grupy. Nawiasem mówiąc, materiały te są znane ludzkości od tysięcy lat:

• Mosiądz. Tak nazywa się związek miedzi i cynku.
• Brązowy. Stop miedzi, który nie zawiera już cynku, ale cynę. Istnieją jednak również brązy, które zawierają aż dziesięć dodatków.

Tytan

Metal ten jest rzadki i bardzo drogi. Charakteryzuje się niską wagą, niesamowitą wytrzymałością, niską lepkością. Należy pamiętać, że dzieli się na kilka typów: VT1-00 (w tym materiale ilość zanieczyszczeń wynosi ≤ 0,10%), VT1-0 (ilość dodatków ≤ 0,30%). Jeżeli całkowita ilość obcych zanieczyszczeń wynosi ≤ 0,093%, wówczas taki materiał nazywany jest w produkcji jodkiem tytanu.

Stopy tytanu

Stopy tego materiału dzielą się na dwa typy: odkształcalne i liniowe. Ponadto istnieją specjalne podtypy: żaroodporne, o zwiększonej plastyczności. Istnieją również odmiany hartowane i niehartowane (w zależności od obróbki cieplnej).

Właściwie w pełni dokonaliśmy przeglądu klasyfikacji metali nieżelaznych i stopów. Mamy nadzieję, że artykuł był dla Ciebie przydatny.

Pojęcie stopów, ich klasyfikacja i właściwości.

W inżynierii wszystkie materiały metaliczne nazywane są metalami. Należą do nich metale proste i metale złożone - stopy.

Proste metale składają się z jednego głównego pierwiastka i niewielkiej ilości zanieczyszczeń innymi pierwiastkami. Na przykład technicznie czysta miedź zawiera od 0,1 do 1% zanieczyszczeń ołowiem, bizmutem, antymonem, żelazem i innymi pierwiastkami.

Stopy- są to metale złożone, stanowiące połączenie jakiegoś prostego metalu (stopu na bazie) z innymi metalami lub niemetalami. Na przykład mosiądz jest stopem miedzi i cynku. Tutaj podstawą stopu jest miedź.

Pierwiastek chemiczny będący częścią metalu lub stopu nazywany jest składnikiem. Oprócz głównego składnika, który przeważa w stopie, do stopu wprowadzane są także składniki stopowe w celu uzyskania wymaganych właściwości. Dlatego w celu poprawy właściwości mechanicznych i odporności na korozję mosiądzu dodaje się do niego aluminium, krzem, żelazo, mangan, cynę, ołów i inne składniki stopowe.

Według liczby składników stopy dzielą się na dwuskładnikowe (podwójne), trójskładnikowe (trójskładnikowe) itp. Oprócz składników głównych i stopowych stop zawiera zanieczyszczenia innych pierwiastków.

Większość stopów wytwarzana jest poprzez stapianie składników w stanie ciekłym. Inne metody otrzymywania stopów: spiekanie, elektroliza, sublimacja. W tym przypadku substancje nazywane są pseudostopami.

Zdolność metali do wzajemnego rozpuszczania stwarza dobre warunki do wytwarzania dużej liczby stopów, które mają szeroką gamę kombinacji użytecznych właściwości, których nie mają proste metale.

Stopy przewyższają proste metale wytrzymałością, twardością, urabialnością itp. Dlatego są stosowane w technologii znacznie szerzej niż proste metale. Na przykład żelazo jest miękkim metalem, który prawie nigdy nie jest używany w czystej postaci. Ale najczęściej stosowane w technologii są stopy żelaza i węgla - stal i żeliwo.

Na obecnym etapie rozwoju technologicznego, wraz ze wzrostem liczby stopów i komplikacją ich składu, ogromnego znaczenia nabierają metale o szczególnej czystości. Zawartość głównego składnika w takich metalach waha się od 99,999 do 99,999999999%
i więcej. Metale o szczególnej czystości są potrzebne w naukach rakietowych, nuklearnych, elektronice i innych nowych gałęziach technologii.

W zależności od charakteru interakcji składników wyróżnia się stopy:

1) mieszaniny mechaniczne;

2) związki chemiczne;

3) roztwory stałe.

1) Mieszanka mechaniczna dwa składniki powstają, gdy nie rozpuszczają się w sobie w stanie stałym i nie wchodzą w interakcję chemiczną. Stopy to mieszaniny mechaniczne (na przykład ołów - antymon, cyna - cynk) są niejednorodne w swojej strukturze i stanowią mieszaninę kryształów tych składników. W tym przypadku kryształy każdego składnika stopu całkowicie zachowują swoje indywidualne właściwości. Dlatego właściwości takich stopów (na przykład opór elektryczny, twardość itp.) Określa się jako średnią arytmetyczną właściwości obu składników.

2) Solidne rozwiązania charakteryzuje się tworzeniem wspólnej przestrzennej sieci krystalicznej przez atomy głównego metalu rozpuszczalnika i atomy pierwiastka rozpuszczalnego.
Struktura takich stopów składa się z jednorodnych ziaren krystalicznych, podobnie jak czysty metal. Istnieją substytucyjne roztwory stałe i śródmiąższowe roztwory stałe.

Takie stopy obejmują mosiądz, miedź-nikiel, żelazo-chrom itp.

Stopy – najczęściej spotykane są roztwory stałe. Ich właściwości różnią się od właściwości składników składowych. Na przykład twardość i oporność elektryczna roztworów stałych jest znacznie wyższa niż czystych składników. Ze względu na wysoką ciągliwość dobrze nadają się do kucia i innego rodzaju formowania. Właściwości odlewnicze i skrawalność roztworów stałych są niskie.

3) Związki chemiczne, podobnie jak roztwory stałe, są stopami jednorodnymi. Po ich zestaleniu powstaje zupełnie nowa sieć krystaliczna, różniąca się od sieci składników tworzących stop. Zatem właściwości związku chemicznego są niezależne i nie zależą od właściwości składników. Związki chemiczne powstają w ściśle określonym stosunku ilościowym stopionych składników. Skład stopu związku chemicznego wyraża się jego wzorem chemicznym. Stopy te mają zwykle wysoką rezystancję elektryczną, wysoką twardość i niską ciągliwość. Zatem związek chemiczny żelaza i węgla - cementytu (Fe 3 C) jest 10 razy twardszy niż czyste żelazo.

Metale są używane przez ludzi od wielu tysiącleci. Określające epoki rozwoju człowieka noszą nazwy metali: epoka brązu, epoka żelaza, epoka żeliwa itp. Żaden produkt metalowy wokół nas nie składa się w 100% z żelaza, miedzi, złota lub innego metalu. Każdy zawiera dodatki wprowadzone celowo przez człowieka oraz szkodliwe zanieczyszczenia wprowadzone wbrew woli człowieka.

Całkowicie czysty metal można uzyskać jedynie w kosmicznym laboratorium. Wszystkie inne metale w prawdziwym życiu to stopy - stałe związki dwóch lub więcej metali (i niemetali), celowo otrzymywane w procesie produkcji metalurgicznej.

Klasyfikacja

Metalurdzy klasyfikują stopy metali według kilku kryteriów:

Metale i stopy na ich bazie mają różne właściwości fizyczne i chemiczne.

Metal mający największy udział masowy nazywany jest zasadą.

Właściwości stopów

Właściwości stopów metali dzielą się na:

Aby ilościowo wyrazić te właściwości, wprowadza się specjalne wielkości fizyczne i stałe, takie jak granica sprężystości, moduł Hooke'a, współczynnik lepkości i inne.

Główne rodzaje stopów

Najliczniejsze rodzaje stopów metali produkowane są na bazie żelaza. Są to stale, żeliwa i ferryty.

Stal to substancja na bazie żelaza zawierająca nie więcej niż 2,4% węgla, stosowana do produkcji części i obudów instalacji przemysłowych i sprzętu gospodarstwa domowego, transportu wodnego, lądowego i powietrznego, narzędzi i urządzeń. Stale mają szeroki zakres właściwości. Najczęstsze z nich to siła i elastyczność. O indywidualnych właściwościach poszczególnych gatunków stali decyduje skład dodatków stopowych wprowadzonych podczas wytapiania. Połowa układu okresowego jest używana jako dodatki, zarówno metale, jak i niemetale. Najczęstsze z nich to chrom, wanad, nikiel, bor, mangan, fosfor.

Jeśli zawartość węgla jest większa niż 2,4%, taką substancję nazywa się żeliwem. Żeliwo jest bardziej kruche niż stal. Znajdują zastosowanie tam, gdzie konieczne jest wytrzymanie dużych obciążeń statycznych przy małych obciążeniach dynamicznych. Żeliwo wykorzystywane jest do produkcji ram do dużych obrabiarek i urządzeń technologicznych, podstaw stołów roboczych, a także do odlewania ogrodzeń, krat i elementów dekoracyjnych. W XIX i na początku XX wieku żeliwo było szeroko stosowane w konstrukcjach budowlanych. W Anglii do dziś przetrwały mosty żeliwne.

Substancje o dużej zawartości węgla i posiadające wyraźne właściwości magnetyczne nazywane są ferrytami. Wykorzystuje się je do produkcji transformatorów i cewek indukcyjnych.

Stopy metali na bazie miedzi zawierające od 5 do 45% cynku są powszechnie nazywane mosiądzami. Mosiądz jest lekko podatny na korozję i jest szeroko stosowany jako materiał konstrukcyjny w budowie maszyn.

Jeśli dodasz cynę do miedzi zamiast cynku, otrzymasz brąz. Jest to być może pierwszy stop celowo uzyskany przez naszych przodków kilka tysięcy lat temu. Brąz jest znacznie mocniejszy niż cyna i miedź, a pod względem wytrzymałości ustępuje jedynie dobrze kutej stali.

Substancje na bazie ołowiu są szeroko stosowane do lutowania przewodów i rur, a także w produktach elektrochemicznych, przede wszystkim bateriach i akumulatorach.

Dwuskładnikowe materiały na bazie aluminium, które zawierają krzem, magnez lub miedź, charakteryzują się niskim ciężarem właściwym i dużą podatnością na obróbkę skrawaniem. Są stosowane w przemyśle silnikowym, lotniczym oraz w przemyśle podzespołów i urządzeń elektrycznych.

Stopy cynku

Stopy na bazie cynku charakteryzują się niską temperaturą topnienia, odpornością na korozję i doskonałą obrabialnością. Wykorzystuje się je w budowie maszyn, produkcji komputerów i sprzętu AGD oraz w wydawnictwach. Dobre właściwości przeciwcierne pozwalają na stosowanie stopów cynku na panewki łożysk.

Stopy tytanu

Tytan nie jest najtańszym metalem, jest trudny w produkcji i trudny w obróbce. Te niedociągnięcia rekompensują unikalne właściwości stopów tytanu: wysoka wytrzymałość, niski ciężar właściwy, odporność na wysokie temperatury i agresywne środowisko. Materiały te są trudne w obróbce mechanicznej, ale ich właściwości można poprawić poprzez obróbkę cieplną.

Dodanie stopu aluminium i niewielkich ilości innych metali zwiększa wytrzymałość i odporność na ciepło. Aby poprawić odporność na zużycie, do materiału dodaje się azot lub cementuje.

Stopy metali na bazie tytanu są stosowane w następujących obszarach:

1. 1. • lotniczy;
      • chemiczny;
      • atomowy;
      • kriogeniczny;
      • okrętownictwo;
      • protetyka.

Stopy aluminium

Jeśli pierwsza połowa XX wieku była wiekiem stali, to drugą słusznie nazwano wiekiem aluminium.

Trudno wymienić dziedzinę życia człowieka, w której nie znalazłyby się produkty lub części wykonane z tego lekkiego metalu.

Stopy aluminium dzielą się na:

1. 1. • Odlewnia (z krzemem). Stosowany do produkcji odlewów konwencjonalnych.
      • Do formowania wtryskowego (z manganem).
      • Zwiększona wytrzymałość, z możliwością samoutwardzenia (z miedzią).

Główne zalety związków aluminium:

1. 1. • Dostępność.
      • Niski ciężar właściwy.
      • Trwałość.
      • Odporność na zimno.
      • Dobra obrabialność.
      • Przewodnictwo elektryczne.

Główną wadą materiałów stopowych jest niska odporność na ciepło. Po osiągnięciu temperatury 175°C następuje gwałtowne pogorszenie właściwości mechanicznych.

Kolejnym obszarem zastosowania jest produkcja broni. Substancje na bazie aluminium nie iskrzą przy silnym tarciu i zderzeniach. Wykorzystuje się je do produkcji lekkiego pancerza dla kołowego i latającego sprzętu wojskowego.

Materiały ze stopów aluminium są szeroko stosowane w elektrotechnice i elektronice. Wysoka przewodność i bardzo niska magnesowalność czynią je idealnymi do produkcji obudów do różnych urządzeń radiowych i komunikacyjnych, komputerów i smartfonów.

Obecność nawet niewielkiej ilości żelaza znacznie zwiększa wytrzymałość materiału, ale także zmniejsza jego odporność korozyjną i ciągliwość. W zależności od wymagań dotyczących materiału stwierdza się kompromis w zakresie zawartości żelaza. Negatywny wpływ żelaza jest kompensowany przez dodanie do składu stopu metali takich jak kobalt, mangan czy chrom.

Materiały na bazie magnezu konkurują ze stopami aluminium, jednak ze względu na wyższą cenę stosowane są jedynie w najbardziej krytycznych produktach.

Stopy miedzi

Zazwyczaj stopy miedzi odnoszą się do różnych gatunków mosiądzu. Przy zawartości cynku 5–45% mosiądz uważany jest za czerwony (tombak), a przy zawartości cynku 20–35% za żółty.

Dzięki doskonałej obrabialności poprzez cięcie, odlewanie i tłoczenie mosiądz jest idealnym materiałem do produkcji małych części wymagających dużej precyzji. Koła zębate wielu znanych szwajcarskich chronometrów wykonane są z mosiądzu.

Mosiądz jest mieszaniną miedzi i cynku

Mało znany stop miedzi i krzemu nazywany jest brązem krzemowym. Jest bardzo trwały. Według niektórych źródeł legendarni Spartanie wykuwali swoje miecze z brązu krzemowego. Jeśli zamiast krzemu dodamy fosfor, otrzymamy doskonały materiał do produkcji membran i resorów.

Stopy twarde

Są to odporne na zużycie i bardzo twarde materiały na bazie żelaza, które zachowują swoje właściwości także w wysokich temperaturach do 1100 o C.

Jako główny dodatek stosuje się chrom, tytan i węgliki wolframu, a pomocniczymi są nikiel, kobalt, rubid, ruten lub molibden.

Główne obszary zastosowań to:

1. 1. • Narzędzia skrawające (frezy, wiertła, gwintowniki, matryce, frezy itp.).
      • Narzędzia i sprzęt pomiarowy (linijki, kwadraty, suwmiarki; powierzchnie robocze o szczególnej równości i stabilności).
      • Stemple, wykrojniki i stemple.
      • Walce walcarek i maszyn papierniczych.
      • Sprzęt górniczy (kruszarki, frezarki, łyżki do koparek).
      • Części i zespoły reaktorów jądrowych i chemicznych.
      • Wysoce obciążone części pojazdów, urządzenia przemysłowe i unikalne konstrukcje budowlane, takie jak Burj Tower w Dubaju.

Istnieją inne obszary zastosowań substancji węglikowych.