Slitiny kovů. Hlavní slitiny kovů. Vlastnosti kovů a slitin

Hutnictví v našem životě hraje nesmírně důležitou roli. Ne, ne všichni patříme k slavné třídě ocelářů, ale denně čelíme kovovým výrobkům. Obvykle jsou vyrobeny z široké škály slitin. Mimochodem, co to je?

Základní definice

Obecně platí, že kovové slitiny jsou materiály získané tavením, při jejichž výrobě byly použity dva nebo více kovových prvků (v chemickém smyslu), jakož i (případně) speciální přísady. Jeden z prvních materiálů tohoto druhu byl bronz. Skládá se z 85% mědi a 15% cínu (80:20 v případě zvonu z bronzu). V současné době existuje několik odrůd této směsi, ve kterých vůbec není přítomen cín. Ale nejsou tak běžné.

Je nutné jasně pochopit, že ve většině případů se slitiny kovů vytvářejí obecně bez osudu člověka. Faktem je, že pro získání absolutní čistoty z chemického hlediska může být materiál pouze v laboratoři. V každém kovu, který se používá v domácím prostředí, musí být stopy jiného prvku. Klasickým příkladem jsou zlaté šperky. V každé z nich je určitý podíl mědi. V klasickém smyslu však tato definice stále znamená kombinaci dvou nebo více kovů, které člověk úmyslně přijal.

Celá historie člověka je vynikajícím příkladem toho, jak kovové slitiny mohly mít velký vliv na vývoj celé naší civilizace. Není náhodou, že existuje i dlouhá historická doba, která se nazývá doba bronzu.

Obecné charakteristiky kovových slitin

A nyní zvažujeme obecné vlastnosti kovů a slitin, které jsou charakterizovány. Jsou velmi často nalezeny v odborné literatuře.

To jsou vlastnosti charakterizované kovovými slitinami. Tabulka vám pomůže pochopit je.

Podrobnosti o produkci

V zásadě se v současné době může termín "slitina" chápat jako materiál založený pouze na jednom chemickém prvku, ale "zředěn" celým balením přísad. Nejčastější způsob jejich přípravy, tání do tekutého stavu, se od dávných dob změnil jen málo.

Například analýza kovů a slitin ukazuje, že starí indiáni za svou dobu zabavili úžasnou úroveň zpracování kovů. Dokonce začali vytvářet slitiny s použitím žáruvzdorného zinku, což je dnes spíše pracné a složité postupy.

Dnes je pro tyto účely také široce používána prášková metalurgie. Zvláště často se na nich používají železné kovy a slitiny, které jsou na nich založeny, protože v tomto případě je často vyžadována maximální cena procesu i jeho výrobků.

Šíření slitin v moderním průmyslu

Je třeba poznamenat, že všechny kovy, které intenzivně využívá moderní průmysl, jsou jen slitiny. Tudíž více než 90% veškerého železa vyrobeného na světě jde o výrobu železa a různých ocelí. Tento přístup je vysvětlen skutečností, že kovové slitiny ve většině případů vykazují lepší vlastnosti než jejich "předkové".

Průtočná pevnost čistého hliníku je tedy pouze 35 MPa. Ale pokud přidáte 1,6% mědi, hořčíku a zinku v tomto poměru 2,5% a 5,6%, může tento indikátor snadno překročit i 500 MPa. Mimo jiné můžete výrazně zlepšit vlastnosti elektrické vodivosti, tepelné vodivosti nebo jiných. Není zde žádné tajemství: v slitinách struktura krystalová mřížka změny, které jim umožňují získat další vlastnosti.

Jednoduše řečeno, množství těchto materiálů dnes je velké, ale neustále pokračuje v růstu.

Základní informace o klasifikaci

Obecně neexistují zde žádné zvláštní potíže: sloučeniny, které používají neželezné kovy a slitiny na bázi železa. Níže budeme analyzovat obě tyto kategorie na příkladu hlavních typů a také budeme diskutovat o oblastech jejich aplikace v moderním průmyslu a výrobě.

Staly se

Všechny sloučeniny železa obsahující až 2% uhlíku se nazývají oceli. Pokud složení obsahuje chrom, vanad nebo molybden, pak se nazývají dopované. Tyto materiály se setkáváme neustále, denně a hodinově. Počet ocelí dnes je takový, že jeden z jejich výčtu by mohl mít ne příliš tenkou knihu.

Už jsme to řekli mechanické vlastnosti kovů a slitiny jsou velmi odlišné, ale v případě těchto materiálů mají i různé typy ocelí často opačné vlastnosti, a proto se jejich sféry použití velmi liší.

Pokud je materiál menší než 0,25% uhlíku, pak se používá v některých technických konstrukcích. Pokud však má ocel více než 0,55% uhlíku, je ideální pro výrobu různých vysoce kvalitních řezných nástrojů včetně řezáků pro soustruhy, vrtačky a chirurgické potřeby. Ale pokud mluvíme o zařízeních používaných pro rychlé řezání, pak jejich výroba je výhradně legované oceli.

Litina

Pokud železná slitina obsahuje více než 3-4% uhlíku, pak se nazývá litina. Kromě toho je důležitým prvkem křemík. Hmotnost dílů a hotových výrobků je vyrobena z litiny. Například bloky motorů pro automobily. V případě vysoce kvalitní lití bez dutin a dutin má výrobek působivou mechanickou pevnost. V tomto ohledu stojí za to pamatovat přinejmenším zbraně ze 14. až 15. století, které často vydržely tři až čtyřnásobné zvýšení práškového náboje.

Použití kovů a slitin se samozřejmě nikdy nebylo omezeno pouze na vojenský průmysl, ale často se ukázalo, že právě toto odvětví neustále hledalo nové metody pro zpracování kovů a posunula celou civilizaci dopředu.

Slitiny mědi

Nejčastěji se tento termín vztahuje na různé stupně mosazi. Jedná se o slitiny mědi, které obsahují 5 až 45% zinku. Pokud se jeho obsah pohybuje mezi 5-20%, je to červená mosaz (tompac). Pokud materiál již obsahuje 20 až 36% Zn, je to žlutá mosaz.

Tyto materiály jsou ideální, pokud jde o výrobu a tvarování drobných dílů. Není známo, ale slitina mědi s křemíkem se nazývá křemičitý bronz a má velkou mechanickou pevnost. Odrůda fosforu je charakterizována stejným typem (5% cínu a některý fosfor se přidává do mědi). Stejně jako v minulosti se vyznačuje vysokou pevností a pružností, a proto je ideální pro výrobu membrán a všech druhů pramenů.

Olověné slitiny

Obecně platí, že neželezné kovy a slitiny jsou neoddělitelně souvisejícími pojmy, protože od starověku lidé mohli tavit vícesložkové materiály, které byly úspěšně použity ve vojenských a mírových záležitostech. To platí zejména o olově, z něhož Římané stále vyráběli sanita a odpadní vody. Samozřejmě, že nevěděli o toxických vlastnostech tohoto kovu, ale byli ohromeni jednoduchostí zpracování.

Nejznámější v současnosti je běžná pájka, která je vyrobena z jedné části olova a dvou částí plechu. Jak název napovídá, používá se pro spájení dílů. Používá se v oblasti radiotechniky a dalších technických oborů. Antimon a olovo vyrábějí slitiny, které se používají při výrobě plášťů různých druhů kabelů.

Dlouho je známo, že sloučeniny tohoto kovu s kadmiem, bismutem nebo cínem se mohou roztavit přibližně na 70 stupňů Celsia. To je důvod, proč dnes z nich dělají různé pojistky automatické hasicí systémy.

Je trochu zvláštní, ale olovo již dlouho bylo známo, že kuchaři a restauratéři, protože to bylo často používáno k výrobě nádobí a spotřebičů. Slitina, která byla pro tento účel použita, se nazývá cín. Obsahuje přibližně 85-90% cínu. Zbývajících 10-15% je obsazeno olovem (standardní slitina dvou kovů).

Také technici jsou pravděpodobně obeznámeni s výbuchy. Jedná se také o sloučeniny na bázi olova, které obsahují také cín, stejně jako arsen a antimon. Tyto slitiny jsou velmi jedovaté, ale vzhledem k určitým zvláštním vlastnostem jsou aktivně používány v ložiskovém průmyslu.

O lehkých slitinách

Jak jsme již uvedli, vlastnosti kovů a slitin se liší tím, že mají v mnoha případech vyšší charakteristiky. To je zvláště patrné ve vztahu k modernímu průmyslu. V posledních letech vyžaduje velké množství lehkých slitin, které mají zvýšenou mechanickou pevnost, stejně jako odolnost proti účinkům nepříznivých faktorů prostředí a vysoké teploty.

Nejčastěji se pro jejich výrobu používá hliník, berýlium a hořčík. Sloučeniny na bázi hliníku a hořčíku jsou obzvláště poptávané, protože rozsah jejich možného použití je extrémně široký.

Slitiny na bázi hliníku

Jak již bylo řečeno, bez nich je moderní průmysl naprosto nemožné si představit. Rozhodněte se: hliníkové slitiny se aktivně používají v letectví, letectví, vojenství, vědeckém inženýrství a dalších průmyslových odvětvích. Bez hliníku není možné si představit výrobce moderních domácích a mobilních zařízení, protože tělo tohoto kovu je stále více využíváno moderními vlajkovými loděmi těchto průmyslových odvětví.

Jaké to jsou?

Hliníkové slitiny jsou okamžitě rozděleny do tří velkých skupin:

• Slévárny (Al - Si). Jsou obzvláště rozšířené v automobilovém a vojenském průmyslu.
• Slitiny určené pro lití (Al - Mg).
• Sloučeniny s vysokou pevností, samotvrdnoucí (Al - Cu).

Výhody a nevýhody tohoto materiálu

Mnohé slitiny tohoto materiálu jsou ekonomické, relativně nenáročné a velmi trvanlivé, protože nejsou náchylné k korozi. Vyznačují se vysokou pevností v extrémně nízkých teplotách (letecký průmysl) a velmi jednoduchým zpracováním. Tváření nevyžaduje zvlášť složité a drahé vybavení, protože jsou poměrně plastové a viskózní (viz tabulka s vlastnostmi).

Bohužel, ale mají i své nevýhody. Takže při teplotách nad 175 ° C se mechanické vlastnosti hliníku a jeho slitin začínají rychle zhoršovat. Díky přítomnosti amalgámu na svém povrchu (ochranné fólie z hydroxidu hlinitého) mají vynikající odolnost vůči působení agresivních chemických médií, včetně kyselin a zásad.

Mají vynikající elektrickou vodivost a tepelnou vodivost, nemagnetické. Předpokládá se, že jsou absolutně neškodné pro lidské zdraví, a proto mohou být použity k výrobě jídel a nádobí. Nejnovější lékařští vědci však stále říkají, že sloučeniny hliníku mohou v některých případech vyvolat vývoj Alzheimerovy nemoci.

Armáda se těmito materiály zamilovala za to, že nevyvolávala jiskru ani při náhlých mechanických nárazech a nárazech. Kromě toho dokonale absorbují nárazové zatížení. Jednoduše řečeno, některé z těchto kovových slitin (jejichž složení je nejčastěji klasifikované) se aktivně používají k výrobě lehkých zbraní a vybavují je různými zařízeními BTR, BMP, BRDM a dalšími zařízeními.

Vzhledem ke všem těmto vlastnostem se slitiny na bázi běžně používají při výrobě pístů pro spalovací motory a při výrobě stavebních konstrukcí (odolnost proti korozi). Hliník a materiály, které jsou na něm založeny, jsou široce používány při výrobě reflektorů pro koncepce osvětlení, elektroinstalace, jakož i pro výrobu budov různých zařízení (nemagnetizovaných).

Je důležité poznamenat, že dokonce i teoreticky čistý hliník někdy obsahuje významnou směs železa. Může přispět k vyšší mechanické pevnosti materiálu, ale jeho přítomnost činí slitinu na bázi hliníku vysoce náchylnou k korozi. Kromě toho slitina z velké části ztrácí svou plasticitu, což ve většině případů není ani velmi dobré.

Kobalt, chróm nebo mangan pomáhá oslabit negativní účinek nečistot železa. Pokud složení slitiny obsahuje lithium, je to velmi odolný a elastický materiál. Není divu, že takové spojení je velmi populární v leteckém průmyslu. Bohužel, ale slitiny lithia s hliníkem mají nepříjemnou vlastnost, která se opět projevuje špatnou plasticitou.

Shrňme některé výsledky. Ukazuje se, že hlavní slitiny kovů v kosmickém, leteckém a jiném odvětví high-tech se skládají z hliníku. Obecně platí, že to je přesně tak, jak je tomu dnes, ale často se v moderním průmyslu používá hořčík a jeho slitiny.

Slitiny hořčíku

Mají extrémně nízkou hmotnost a vyznačují se velmi působivou silou. Kromě toho jsou tyto materiály dokonale vhodné pro slévárenský průmysl a polotovary jsou perfektně přizpůsobitelné pro obrábění a frézování. Proto se aktivně využívají při výrobě raket a leteckých turbín, přístrojových pouzder, disků automobilových kol a některých typů zbrojířské oceli.

Některé odrůdy těchto slitin se vyznačují vynikajícími viskózními indikátory tlumení a proto se používají k výrobě dílů a konstrukcí, které musí pracovat za extrémně vysokých úrovní vibrací.

Výhody a nevýhody slitin hořčíku

Jsou poměrně měkké, mají relativně dobrou odolnost proti opotřebení, ale nejsou příliš působivé plasticity. Na druhou stranu se vyznačují vynikající adaptabilitou na tváření při vysokých teplotách, jsou dokonale přizpůsobeny pro spojení se všemi existujícími typy svarů a mohou být také spojeny pomocí šroubových spojů, nýtováním a dokonale lepením.

Bohužel, všechny tyto slitiny nejsou zvláště odolné vůči kyselinám a zásadám. Mimořádně negativně ovlivňují dlouhodobý pobyt v mořské vodě. Shorné slitiny hořčíku jsou překvapivě stabilní ve vzduchu, takže mnohé jejich nedostatky mohou být opomíjeny. Pokud je třeba tyto části spolehlivě chránit před působením koroze, použijte chromování, eloxování nebo podobné metody.

Mohou být pokovovány niklem, mědí nebo chromem, ponořené do taveniny chemicky čistého zinku. Při takovém zpracování výrazně vzrůstá jejich odolnost a odolnost vůči abrazi. Je třeba připomenout, že hořčík je z chemického hlediska spíše aktivním kovem, a proto při práci s ním je nutné dodržovat alespoň základní bezpečnostní opatření.

Výroba kovů a slitin je tedy klíčovým prvkem moderního průmyslu. Každý rok lidé vymýšlejí stále více způsobů, jak vyrábět nové materiály, takže brzy budeme mít naprosto neuvěřitelné sloučeniny, které budou kombinovat užitečné vlastnosti několika skupin materiálů a chemických prvků najednou.