Сплавы металлов

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 (150–430C), 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.

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. 

Структура.

Сплавы в кристаллическом состоянии представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10^-3-10-⁷ м), различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов, называемых кристаллитами или зернами. Фазы кристаллических сплавов представляют собой твердые растворы или хим. соед. двух или более металлов.

Макс. кол-во равновесных фаз в  сплавах определяется числом составляющих его компонентов. Форма, размеры  и характер взаимного расположения фаз в сплавах характеризуют  его структуру. Различают макроструктуру (строение сплава, видимое невооруженным  глазом или при увеличении в 30-40 раз) и микроструктуру (строение сплава, наблюдаемое с помощью светового  или электронного микроскопа с увеличением в 100 тыс. раз). Макроструктуру обычно исследуют по излому и на спец. макрошлифах. Кристаллические сплавы имеют зернистый (кристаллич.) излом. По нему судят о размерах зерна, условиях выплавки и кристаллизации, термин, обработке и св-вах сплава. Микроструктура показывает взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Для изучения микроструктуры из сплава изготовляют микрошлиф, т. е. небольшой образец, одну из плоскостей к-рого тщательно шлифуют, полируют и подвергают травлению. По микроструктуре можно оценить величину нек-рых мех. св-в сплавов.

Окружающие нас металлические  предметы редко состоят из чистых металлов. В большинстве случаев  люди имеют дело со сплавами. Большая  часть получаемых в промышленных масштабах металлов используется для  производства сплавов 
Сплав  металлов— макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. 
Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных). 
Многие сплавы (напр., бронза, сталь, чугун) были известны в глубокой древности и уже тогда имели обширное практич. применение. Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что мн. их свойства (прочность, твердость, электрическое сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов. 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 многое другое. Издавна было известно, что свойства С. зависят не только от их состава, но и от тепловой (например, закалка) и механической (например, ковка) обработки. 
С. классифицируют: а) по числу компонентов — на двойные, тройные ; б) по числу фаз — на однофазные  и многофазные.

 По практическому получению  и применению принята следующая  классификация С.: а) по металлам  — либо являющимся основой  С., либо по добавленным в небольших  количествах и придающим особо  ценные свойства легирующим компонентам  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 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.

Свойства металлов и сплавов  полностью определяются их структурой. Сплавы проявляют металлические  свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Очень ценным качеством сплавов является наличие у них свойств, которых нет ни у одного из компонентов сплава. Так, например, сплав золота с медью обладает значительной твердостью, хотя золото и медь представляют собой очень мягкие металлы. Сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Чугун — сплав железа с углеродом (массовая доля более 2 %), содержащий небольшие количества кремния, марганца, фосфора, серы и др. По сравнению с чистым железом он обладает повышенной твердостью и высокой хрупкостью. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. 
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.Добавление в сталь вольфрама, ванадия, хрома, никеля и других металлов придает ей ряд очень ценных свойств (жаростойкость, устойчивость к коррозии, высокую твердость и др.). 
Нихром — сплав никеля, хрома, железа, марганца. Обладает высоким электрическим сопротивлением и высокой жаропрочностью. 
Дуралюмин — сплав алюминия с небольшим количеством магния и меди. основной конструкционный материал в авиации и космонавтике, а также в других сферах с высокими требованиями к весовой отдаче.

 
Сплав Вуда -25 частей свинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия. Температура плавления 60 °С. Ложка из такого сплава расплавится, если ею помешать горячий кофе. Раньше это демонстрировали в качестве шутливого опыта. Однако перемешанный таким образом напиток ядовит из-за солей свинца и висмута!  
До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в средние века орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава меди с оловом. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5-10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически вечны. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Нейзильбер используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента. Константан используют в производстве электроизмерительных приборов. Мельхиор, нейзильбер, куниали отличаются высокими механическими и коррозионными свойствами, применяются для изготовления теплообменных аппаратов в морском судостроении (конденсаторные трубы и термостаты), медицинского инструмента, деталей точной механики и химической промышленности, деталей приборов в электротехнике, радиотехнике и для изготовления посуды. Мельхиор марки МН19 и нейзильбер марки МНЦ15-20 используются как резистивные сплавы.