СПЛАВЫ, 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.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.
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 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.