Тема. СПЛАВЫ.. Сплавы черные и цветные.. Классификация сплавов. Свойства сплавов

Тема. СПЛАВЫ.

1. Сплавы черные и цветные.

Сплавы– это смеси двух или более элементов, среди которых преобладают металлы.Металлы, входящие в сплав, называют основой. Часто в сплав добавляют элементы неметаллы, придающие сплавам особые свойства, их называют легирующими или модифицирующими добавками. Среди сплавов наибольшую значимость имеют сплавы на основе железа и алюминия.

Классификация сплавов

Существует несколько способов классификации сплавов:

· по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);

· по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);

· по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);

· по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);

· по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);

· по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);

· по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).

Свойства сплавов

Свойства сплавов зависят от их структуры. Для сплавов характерны структурно-нечувствительные (определяются природой и концентрацией элементов, составляющих сплавы) и структурно-чувствительные свойства (зависят от характеристик основы). К структурно-нечувствительным свойствам сплавов относятся плотность, температура плавления, теплоту испарения. тепловые и упругие свойства, коэффициент термического расширения.

Все сплавы проявляют свойства, характерные для металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность , пластичность и др.

Также все свойства, характерные для сплавов можно разделить на химические (отношение сплавов к воздействию активных сред – вода, воздух, кислоты и т.д.) и механические (отношение сплавов к воздействию внешних сил). Если химические свойства сплавов определяют путем помещения сплава в агрессивную среду, то для определения механических свойств применяют специальные испытания. Так, чтобы определить прочность, твердость, упругость, пластичность и другие механические свойства проводят испытания на растяжение, ползучесть, ударную вязкость и др.

Основные виды сплавов

Широкое применение среди всевозможных сплавов нашли различные стали, чугун, сплавы на основе меди, свинца, алюминия, магния, а также легкие сплавы.

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Сплавы на основе меди называют латунями, в качестве добавок они содержат 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).

Среди сплавов на основе свинца выделяют двухкомпонентные (сплавы свинца с оловом или сурьмой) и четырехкомпонентные сплавы (сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом, сплавы свинца с оловом, сурьмой и мышьяком), причем (характерно для двухкомпонентных сплавов) при различном содержании одинаковых компонентов получают разные сплавы. Так, сплав, содержащий 1/3 свинца и 2/3 олова — третник (обычный припой) используется для пайки трубо- и электропроводов, а сплав, содержащий 10-15% свинца и 85-90% олова – пьютер, ранее применялся для отливки столовых приборов.

Сплавы на основе алюминия двухкомпонентные – Al-Si, Al-Mg, Al-Cu. Эти сплавы легко получать и обрабатывать. Они обладают электро- и теплопроводностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми, взрывобезопасны. Сплавы на основе алюминия нашли применение для изготовления легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Задание	Сколько кг олова надо добавить к куску бронзы (m=4кг), содержащему 15% олова, чтобы повысить содержание олова в нем до 60% от общей массы?
Решение	Пусть смешали 2 сплава, причем второй сплав содержит 100% олова и не содержит других компонентов. Найдем массы олова в сплавах: m(Sn)₁= m₁×ώ(Sn) = 4×0,15 = 0,6 кг m(Sn)₂= c m(Sn)_new= (0,6 + х) кг Тогда масса сплавов будет: m₂ = х кг m_new = (4+x) кг Отношение массы олова в новом сплаве к массе нового сплава составляет: (0,6 + х)/ (4+x) = 0,6 5(0,6+х) = 3(4+х) 5х – 3х = 12-3 х=4,5 кг 4,5 кг олова необходимо добавить к куску бронзы
Ответ	Надо добавить 4,5 кг олова
Задание	При действии на смесь Al и Fe массой 11 г избытком HCl, выделилось 8,96л газа. Определить массовые доли металлов в смеси.
Решение	В реакцию взаимодействия вступают оба металла, в результате чего выделяется водород: 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ Найдем суммарное количество моль выделившегося водорода: v(H2) =V(H2)/Vm v(H2) = 8,96/22,4 = 0,4 моль Пусть количество вещества Al – х моль, а Fe –y моль. Тогда, исходя из уравнений реакций можно записать выражение для суммарного числа моль водорода: 1,5х + у = 0,4 Выразим массу металлов, находящихся в смеси: m = M×v m(Al) = 27x m(Fe) = 56у Тогда, масса смеси будет выражаться уравнением: 27х + 56у = 11 Получили систему уравнений: 1,5х + у = 0,4 27х + 56у = 11 Решим её: (56-18)у = 11 – 7,2 у=3,8/38 = 0,1 v(Fe) = 0,1 моль х = 0,2 моль v(Al) = 0,2 моль Тогда, масса металлов в смеси: m(Al) = 27×0,2 = 5,4 г m(Fe) = 56×0,1 = 5,6 г Найдем массовые доли металлов в смеси: ώ =m(Me)/msum×100% ώ(Fe) = 5,6/11 ×100%= 50,91% ώ(Al) = 100 – 50,91 = 49,09%
Ответ	Массовые доли металлов в смеси: 50,91%, 49,09%

Название, состав.	Свойства.	Применение.
Алюминевые сплавы (Al,Mg,Zn,Mn,Be)	Легкость, высокая электро и тепло проводность, коррозионная стойкость,высокая удельная прочность.	В авиации, в машиностроении, электротехнические устройства.
Железоуглеродистые сплавы (чугун, сталь), ферросплавы (С,Р,S, Mn,Fe,W).	Механическая прочность, твердость. Упругость, коррозионная устойчивость.	Конструкционные материалы для всех областей техники.
Медные сплавы(Cu,Zn,Al,Sn,Ni,P).	Прочность,высокая электропроводность и коррозионная стойкость, пластичность.	Теплотехническая аппаратура, подшипники, втулки, пружины,декаративно-прикладные изделия.
Твердые сплавы (сталь, Со,Ni,Mo).	Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость.	Рабочие части буровых инструментов, инструмент для обработки металлов.
Типографские сплавы (Pb,Sb,Sn и др.)	Низкие температуры плавления и хорошие литейные свойства.	Элементы наборов шрифта, полиграфическая промышленность.
Титановые сплавы (Мn,W,Ni,Cu,Mo).	Легкость, высокая прочность, коррозионная стойкость.	Ракетостроение, авиация, химическая аппаратура.