Корзина
149 отзывов
+78005001753
+73432885342
НПК "Специальная металлургия"

Сплавы, их классификация и применение.

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов. Читайте подробнее о их классификации и применении.

03.02.16

Сплавы ― это макроскопически однородные материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из смеси двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один или несколько металлов в качестве основы с малыми добавками других специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов. Также в составе сплава могут содержаться неудалённые примеси (природные, технологические и случайные).

По способу изготовления различают два типа сплавов:

  • Литые сплавы изготавливаются самым распространенным способом – кристаллизацией однородной смеси их расплавленных компонентов.
  • Порошковые сплавы образуются путем прессования смеси порошков компонентов с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.

По способу получения заготовки (изделия) различают два типа сплавов:

  • литейные (например, чугуны, силумины);
  • деформируемые (например, стали) и порошковые сплавы.

В промышленности используют большое количество сплавов – конструкционных, инструментальных, специальных (см. Табл. 1, 2). Их различают по назначению:

Конструкционные сплавы:

  • стали;
  • чугуны;
  • дюралюминий.

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

  • бронзы;
  • латуни.

Сплавы для заливки подшипников:

  • баббит.

Сплавы для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

  • манганин;
  • нихром.

Для изготовления режущих инструментов:

  • победит.

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечислим наиболее важные сплавы промышленного значения и укажем основные области их применения.

Сталь. 

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. При введении легирующих элементов, таких, как хром, ванадий, никель, сталь становится легированной. Из всех видов металлов и сплавов, стали занимают первое место по объему их производства. Сфера их применения чрезвычайно широка, сложно было бы перечислить все возможные варианты. В общем можно сказать, что малоуглеродистые стали (менее 0,25% углерода) используется в качестве конструкционного материала, а стали с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идут на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали применяются в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов.

Чугун.

Чугуном называют сплав железа с 2–4% углерода. Кроме того, важным компонентом чугуна является кремний. Из чугуна отливают самые разнообразные изделия, имеющие утилитарные функции, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала.

Сплавы на основе меди.

Такие сплавы в основном представлены различными видами латуни, т.е. медными сплавами, содержащими от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Популярны также сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием – это бронзы. Например, сплав меди с кремнием ― кремнистая бронза. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Такие сплавы широко применяются для пайки. Обычный припой (третник) состоит из одной части свинца и двух частей олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Кроме того, из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с определенным количеством кадмия, олова и висмута могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); по этой причине из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Сплав пьютер, из которого до сих пор производят декоративную посуду и украшения, содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Свинец содержится в подшипниковых сплавах, называемых баббитами, в них также присутствуют такие химические элементы, как олово, сурьма и мышьяк.

Легкие сплавы.

В современной промышленности необходимы легкие сплавы с высокой прочностью, обладающие хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К этим сплавам относятся литейные сплавы (алюминий Al – кремний Si), сплавы для литья под давлением (алюминий Al – магний Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (алюминий Al – медь Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, они достаточно прочны при низких температурах и легко обрабатываются (легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). Необходимо заметить, что механические свойства всех алюминиевых сплавов заметно ухудшаются при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки на поверхности алюминиевые сплавы проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы имеют свои недостатки, они довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Зато они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титано-ванадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титан-алюминиево-ванадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит.

Металлические изделия из различных сплавов (стальные, чугунные, медные, свинцовые, алюминиевые, магниевые, титановые, бериллиевые и др.) Вы можете приобрести в нашей компании. Научно-промышленный комплекс «Специальная металлургия» объединяет десятки производителей металлопродукции по всей России. На наших складах в Екатеринбурге и Москве имеется в наличии черный, нержавеющий, цветной прокат, изделия из специальных сталей и сплавов, а также редкое металлургическое сырье. Кроме того, мы оказываем услуги по резке, гибке металла, литью, изготовлению по чертежам заказчика, химическому и ультразвуковому контролю. Любой интересующий Вас вопрос Вы можете задать нашим специалистам по телефон +7 (800) 500-17-53 или прислать заявку по адресу info@specstali.ru.

Предыдущие новости