 |
 |
|
 |
|
|
СПЛАВЫ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
I
Сплавы
металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов (См. Металлы), а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам с металлическими свойствами. Однако с середины 20 в. в связи с бурным развитием физики и техники полупроводников и полупроводниковых материалов понятие С. расширилось и распространилось на С. элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений. С. даже при сравнительно простой кристаллической структуре часто обладают более высокими механическими и физическими свойствами, чем составляющие их чистые металлы, например твёрдые растворы Cu—Sn (Бронза) или Fe—C (Чугун, Сталь). Два больших периода истории материальной культуры — Бронзовый век и Железный век — названы по тем металлам и С., из которых изготовлялись орудия труда, предметы вооружения и пр. Издавна было известно, что свойства С. зависят не только от их состава, но и от тепловой (например, Закалка) и механической (например, ковка) обработки, Переход от поиска практически важных С. с помощью «проб и ошибок» к научным основам создания промышленных С. произошёл только в конце 19 — начале 20 вв., когда под влиянием быстро растущих запросов техники и идей физической химии (См. Физическая химия) возникло учение о зависимости между свойствами металлов и свойствами образованных из них С., а также о влиянии на них механических, тепловых, химических и др. воздействий (см. Металловедение, Металлография, Металлофизика, Физико-химический анализ). Были построены диаграммы состояния (См. Диаграмма состояния) и диаграммы состав — свойство (См. Диаграмма состав - свойство) для всевозможных комбинаций металлических систем, как двойных, так и многокомпонентных. Раскрываемый диаграммой состояния характер взаимодействия компонентов системы (образование твёрдых растворов (См. Твёрдые растворы), химических соединений, механических смесей, наличие фазовых превращений в твёрдом состоянии) позволяет предвидеть тип диаграмм состав — твёрдость, состав — электропроводность и др., получить представление о макроструктуре С. Во второй половине 20 в. внимание учёных в СССР и за рубежом всё больше сосредоточивается на проблеме предсказания характера взаимодействия элементов и свойств их С. При этом используются закономерности, вскрытые периодической системой элементов (См. Периодическая система элементов), успехи теории химической связи (См. Химическая связь), достижения физики твёрдого тела и вычислительной техники. Разработка теории С. создала новые возможности развития промышленности, а также ряда отраслей новой техники. Современные промышленные С. — основная часть конструкционных материалов (См. Конструкционные материалы). При этом 95% мировой металлопродукции составляют С. на основе железа — самого дешёвого и доступного металла (сталь, чугун, Ферросплавы). Всё больше элементов периодической системы Менделеева, до недавнего времени представлявших чисто научный интерес, находит практическое применение для легирования (См. Легирование) известных и создания новых С. с целью расширения диапазона свойств и областей применения.
Большое число всевозможных С. требует их классификации. Для неё существует теоретический и практический подход. В первом случае с точки зрения термодинамики химической (См. Термодинамика химическая) (и фаз правила (См. Фаз правило)) С. классифицируют: а) по числу компонентов — на двойные, тройные и т. д.; б) по числу фаз — на однофазные (твёрдый раствор или интерметаллид) и многофазные (гетерофазные), состоящие из двух и более фаз. Этими фазами могут быть чистые компоненты, твёрдые растворы, фазы со структурой -, -, -, -латуни (См. Латунь), -Вольфрама, типа Cu5Ca, NiAs, CaF2, сигма-фазы, фазы Лавеса (названы по имени нем. учёного Ф. Лавеса), фазы внедрения и др. Особенно ценны С. с очень тонкой гетерогенностью (см. Дисперсноупрочнённые материалы, Старение металлов); можно считать, что они лежат на границе между твёрдыми растворами и многофазными С. По практическому получению и применению принята следующая классификация С.: а) по металлам — либо являющимся основой С. (С. чёрных металлов и С. цветных металлов, а также Алюминиевые сплавы, Железные сплавы, Никелевые сплавы и т. п.), либо по добавленным в небольших количествах и придающим особо ценные свойства легирующим компонентам (бериллиевая бронза, ванадиевая, вольфрамовая и др. стали); б) по применению (для изготовления конструкций или инструментов) и свойствам — антифрикционные, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие, лёгкие и сверхлёгкие, легкоплавкие, химически стойкие и многие другие, а также С. с особыми физическими свойствами — тепловыми, магнитными, электрическими (см. Прецизионные сплавы); в) по технологии изготовления изделий — на литейные (отливка жидких С. в формы); деформируемые (в холодном или горячем состоянии путём ковки, прокатки, волочения, прессования, штамповки); полученные методами порошковой металлургии (См. Порошковая металлургия) (см. Спечённые материалы).
Для обозначения качественного состава выпускаемые в СССР С. маркируются (см. на примере медных сплавов (См. Медные сплавы), легированных сталей (См. Легированная сталь)). Кроме того, многие С. имеют названия, связанные с различными их признаками: составом (например, Нихром), особыми свойствами (например, Инвар, Константан). С. называют и по фамилиям изобретателей (Вуда сплав, Мельхиор, Монель-металл), названиям фирм (АРМКО-железо) и др.
Свойства большинства С. определяются как составом, так и структурой С., зависящей от условий кристаллизации (См. Кристаллизация) и охлаждения, термической и механической обработки. При нагреве и охлаждении изменяется структура С. (см. Макроструктура, Микроструктура), что обусловливает изменение механических, физических и химических свойств и влияет на поведение С. при обработке и эксплуатации. Выяснение (с помощью диаграмм состояния) возможных фазовых превращений в С. даёт исходные данные для анализа важнейших видов термической обработки (закалки, Отпуска металлов, Отжига, старения). Например, перед отжигом углеродистых сталей исходной структурой чаще всего является феррито-карбидная смесь; основное превращение, происходящее при нагревании, — это переход Перлита в Аустенит при температуре выше 727 °С («точка A1»); закалка позволяет сохранить аустенитную структуру (т. н. закалка без полиморфного превращения, при которой происходит повышение прочности при сохранении пластичности С.). Типичный пример подобного поведения для алюминиевых С. — закаленный Дуралюмин Д16. Реже встречаются С., у которых при закалке снижается прочность и сильно возрастает пластичность по сравнению с отожжённым состоянием. Типичный пример — бериллиевая бронза Бр. Б2 или нержавеющая хромоникелевая сталь X18H9. Для любых металлов или С., в которых при изменении температуры происходит полиморфное превращение основного компонента, при быстром охлаждении возможна закалка с бездиффузионным полиморфным превращением, которую обычно называют «закалкой на Мартенсит». Мартенситное превращение, открытое при изучении закалки углеродистых и легированных сталей, как выяснилось впоследствии, является одним из фундаментальных способов перестройки кристаллической решётки (См. Кристаллическая решётка), свойственным как чистым металлам, так и самым различным классам С.: безуглеродистым С. на основе железа, сплавам цветных металлов, полупроводниковым соединениям и др. Современная Термическая обработка металлов и С. включает не только собственно термическую, но и термомеханическую обработку (См. Термомеханическая обработка), химико-механическую обработку (См. Химико-механическая обработка) и химико-термическую обработку (См. Химико-термическая обработка). В процессе таких технологических операций, как Литьё, Сварка, горячая обработка давлением, С. могут побочно также подвергаться отдельным видам термического воздействия и изменять свои свойства.
Для установления и проверки свойств С. применяют различные методы контроля, в т. ч. разрушающего — испытания на механическую Прочность и Пластичность, Жаропрочность (см. Механические свойства материалов), а также испытания на стойкость против коррозии(см. Коррозия металлов, Жаростойкость и др.), и неразрушающего (измерения твёрдости, электрических, оптических, магнитных и др. свойств). Состав С. определяется химико-аналитическими методами (см. Качественный анализ, Количественный анализ), с помощью спектрального анализа (См. Спектральный анализ), рентгеноспектрального анализа и др. методов. Весьма эффективны для практического применения методы быстрого («экспрессного») химического анализа, используемые при производстве С., полуфабрикатов и изделий из С. Для исследования как самой структуры С., так и её дефектов используются методы физического металловедения. Различают макроскопические и микроскопические дефекты С. (см. Дефекты в кристаллах, Дефекты металлов).
Подавляющее большинство промышленных С. существует в мелкозернистом (в виде Поликристаллов) состоянии; свойства таких С. практически изотропны (см. Изотропия). Получение С. в виде Монокристаллов представляло чисто научный интерес. Лишь со 2-й половины 20 в. появилась необходимость в промышленном производстве С. в виде монокристаллов, т. к. в ряде областей новой техники могут быть использованы только монокристаллы (см. Полупроводниковые материалы).
Современные успехи науки о С. в значительной мере связаны с совершенствованием классических и разработкой новых физических методов исследования твёрдого тела (См. Твёрдое тело) (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронная микроскопия, Нейтронография, Электронография и др. методы).Подробнее о методах получения С., их свойствах, значении и применении см. также статьи о различных С.
Лит.: Д. К. Чернов и наука о металлах, под ред. Н. Т. Гудцова, Л. — М., 1950; Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Смирягин А. П., Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956; Курнаков Н. С., Избр. труды, т. 1—2, М., 1960—61; Колачёв Б. А., Ливанов В. И., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов, М., 1972; Бокштейн С. З., Строение и свойства: металлических сплавов, М., 1971; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Штейнберг С. С., Металловедение, М., 1961; Хансен М., Андерко К., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1962; Диаграммы состояния металлических систем, в. 1—17, под ред. Н. В. Агеева, М., 1959—73; Савицкий Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение тугоплавких металлов и сплавов, М., 1967; Эллиот Р. П., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., т. 1—2, М., 1970; Шанк Ф. А., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., М., 1973; Физическое металловедение, под ред. Р. Кана, пер. с англ., т. 1—3, М., 1967—68; Горелик С. С., Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и металловедение, М., 1973; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, М., 1974.
С. А. Погодин, Г. В. Инденбаум.
II
Сплавы
с особыми физическими свойствами, металлические сплавы с заданными значениями некоторых физико-механических свойств (магнитных, электрических, тепловых, упругих); то же, что Прецизионные сплавы.
|
| Мультимедийная энциклопедия |
| материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего
числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом.
Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми
добавками других элементов. Самый распространенный способ получения
сплавов - затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов.
Существуют и другие методы производства - например, порошковая
металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно
провести, так как даже в самых чистых металлах имеются "следовые" примеси
других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают
материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу
других компонентов.
Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде
сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти
целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также
чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно
существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия
предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия,
содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500
МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и
термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава -
распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в
кристаллах.
См. также
<<МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ>>;
<<ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ>>.
Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было
точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. 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 перечисляются наиболее важные сплавы
промышленного значения и указываются основные области их применения.
Сталь. Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются
сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы - хром,
ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других
металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы
перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших
количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с
более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление
таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и
сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов
и в производстве быстрорежущих инструментов.
См. также <<СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ>>.
Чугун. Чугуном называется сплав железа с 2-4% углерода. Важным
компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые
разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков,
трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно
выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала.
См. также <<МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ>>.
Сплавы на основе меди. В основном это латуни, т.е. медные сплавы,
содержащие 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. Сплавы меди с оловом,
кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав
меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь
с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и
применяется для изготовления пружин и мембран.
Свинцовые сплавы. Обычный припой (третник) представляет собой сплав
примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется
для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-
свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины
аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь
точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из
них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного
водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки,
ножи, тарелки), содержит 85-90% олова (остальное - свинец). Подшипниковые
сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово,
сурьму и мышьяк.
Легкие сплавы. Современная промышленность нуждается в легких
сплавах высокой прочности, обладающих 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 ним относятся литейные сплавы (Al - Si),
сплавы для литья под давлением (Al - Mg) и самозакаливающиеся сплавы
повышенной прочности (Al - Cu). Алюминиевые сплавы экономичны,
легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они
легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения,
экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на
металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех
алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше
приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки
они 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 довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень
пластичны. 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.
См. также <<СВАРКА>>.
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
титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых
самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав - основной титановый сплав для
реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.
В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4
представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с
указанием получаемых при этом свойств.
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.
См. также <<КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ>> и статьи по отдельным металлам.
ЛИТЕРАТУРА
Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металлургия черных металлов. М., 1987
Диаграммы фаз в сплавах. М., 1986
Юдкин В.С. Производство и литье сплавов цветных металлов. М., 1967-1971
Вагнер К. Термодинамика сплавов. М., 1957 |
| Современная Энциклопедия |
| СПЛАВЫ металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух (например, латунь) или более металлов (реже металлов и неметаллов, например сталь) с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавы - любые однородные системы, получающиеся сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ и т.д. (например, базальт, стекло). |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| СПЛАВЫ, материалы, представляющие собой сочетание двух или более металлов. Свойства сплава отличаются от свойств исходных элементов. Сплавы обычно тверже и прочнее, и у них более низкая точка плавления. Сочетания с наиболее низкой точкой плавления называют эвтектическими смесями. Большинство сплавов изготовляется путем плавления компонентов. Некоторые смеси, где металл сочетается с неметаллическими добавками, например, СТАЛЬ, также называют сплавами. Свойства сплава в большой степени зависят от пропорций входящих в них металлов. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: СПЛАВЫ
будет выглядеть так: Что такое СПЛАВЫ
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
