Состав, строение и свойства металлических сплавов. Строение металлов и свойства

Строение металлов и их особенности, схема и примеры

Общие сведения о строении металлов

Металлы можно охарактеризовать при помощи нескольких свойств, которые будут общими для всех элементов. К таким характеристикам следует отнести высокую электрическую проводимость и теплопроводность, пластичность, благодаря которой металлы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке или вытягиванию в проволоку, металлический блеск и непрозрачность.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип> 1000oС) и легкоплавкие (Tкип< 1000oС). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Электронное строение металлов и их особенности

Атомы металлов, также как, и неметаллов состоят из положительно заряженного ядра внутри которого находятся протоны и нейтроны, а по орбитам вокруг него движутся электроны. Однако, по сравнению с неметаллами, атомные радиусы металлов намного больше. Это связано с тем, что валентные электроны атомов металлов (электроны внешнего энергетического уровня) расположены на значительном удалении от ядра и, как следствие, связаны с ним слабее. По этой причине металлы характеризуются низкими потенциалами ионизации и легко отдают электроны (являются восстановителями в ОВР) при образовании химической связи.

Все металлы за исключением ртути представляют собой твердые вещества с атомной кристаллической решеткой. Рассмотрим строение металлов в кристаллическом состоянии. В атомах металлов имеются «свободные» электроны (электронный газ), которые могут перемещаться по кристаллу даже под действием слабых электрических полей, что обусловливает высокую электропроводимость металлов.

Среди металлов присутствуют s-, p-, d- и f-элементы. Так, s- элементы – это металлы I и II групп Периодической системы (ns1, ns2), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns2np1-4). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d1-10ns2. Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Строение металлов и их свойства

Строение металлов и их свойства

Металлы и металлические сплавы представляют собой кристаллические тела, состоящие из бесчисленного множества кристаллических образований, групп (в виде отдельных прочно связанных между собой зерен). Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположением атомов. Это явление называется аллотропией. Аллотропические превращения железа наблюдаются при изменении температуры. Железо из расплавленной массы кристаллизуется в форме решетки объемноцентриро-ванного куба; при охлаждении до температуры 1390 °C она перекристаллизовывается в решетку гранецентрированного куба, а при 898 °C снова образует решетку объемноцентрированного куба и a-модификации. Аллотропия железа имеет большое значение в процессах горячей механической и термической обработки чугуна и стали. Регулируя закалкой, отжигом и другими способами содержание этих модификаций в сталях, им придают необходимые механические свойства.

При затвердевании расплава металла вначале образуются мельчайшие кристаллы правильной формы, затем, по мере охлаждения, они увеличиваются в размерах и срастаются между собой в виде деформированных неправильной внешней формы кристаллов, называемых кристаллитами.

Физические свойства металлов и сплавов характеризуются цветом, плотностью, температурой плавления, теплопроводностью, коэффициентом температурного расширения.

Плотность большинства металлов превышает 7000 кг/м 3. К легким металлам относятся металлы (алюминий, бериллий, магний) с плотностью менее 3000 кг/м 3. Чем меньше плотность металла, тем легче и эффективнее оказываются строительные конструкции из него. Именно по этой причине конструкции из сплавов на основе алюминия все шире применяются в строительстве.

Температуру плавления металлов важно знать для выбора режима горячей обработки металлов и получения изделий литьем. Температура плавления металла изменяется при добавке к нему других веществ. Большинство сплавов, например на основе железа, имеют температуру плавления ниже, чем входящие в их состав металлы. Однако некоторые сплавы цветных металлов, например, никеля и алюминия, имеют более высокую температуру плавления, чем чистый никель и алюминий. Изменение температуры плавления металла от содержания в нем других веществ характеризуется так называемой диаграммой состояния. Расширение металлов при нагревании характеризуется коэффициентом линейного и объемного расширения. Это свойство металла необходимо учитывать при проектировании металлических строительных конструкций, так как последние под действием изменяющейся температуры могут вызвать разрушение сооружения. Важно учитывать это свойство металла при сварке, так как в результате местного нагрева свариваемых деталей может произойти образование трещин. Способность металла удлиняться при нагревании эффективно используется при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий способом электротермического натяжения арматуры.

Механические свойства металлов характеризуются их прочностью, вязкостью, усталостью, ползучестью и твердостью.

Прочность– это способность металла или сплава сопротивляться действию внешних сил. В зависимости от характера этих сил различают прочность при растяжении, сжатии, изгибе, кручении. Характеризуются они соответствующим пределом прочности, т. е. условным напряжением, при котором испытуемый образец металла разрушается.

При испытании металлов на растяжениеопределяют предел текучести– напряжение, при котором растяжение образца происходит без увеличения растягивающей нагрузки. Этот показатель служит основным при расчете металлических конструкций.

На усталость, или выносливость, испытывают образцы из стали и цветных тяжелых и легких сплавов, детали из которых работают в условиях повторно-переменных растягивающих, изгибающих, сжимающих, крутящих и других нагрузок. На ползучесть, т. е. способность деформироваться под постоянной нагрузкой, испытывают металлы, непрерывно работающие под напряжением. В результате ползучести могут увеличиваться прогибы строительных конструкций, произойти потеря устойчивости. Особенно опасна ползучесть арматурной стали в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Как результат ее могут произойти потеря предварительного напряжения арматуры, образование трещин в бетоне и разрушение конструкции.

Твердостьметалла определяет противодействие его при вдавливании в него твердого стального шарика (метод Бринелля), алмазного корпуса или алмазной пирамиды.

Вязкостьразличают статическую и ударную (динамическую). Статическая вязкость характеризуется относительным удлинением (в % длины образца при разрыве) к его первоначальной длине, а ударная вязкость – количеством работы, необходимым для разрушения образца ударной нагрузкой.

Технологические свойства характеризуют способность металла подвергаться обработке. К ним относится: пластичность, позволяющая получать металлические изделия ковкой, прокаткой, волочением, обрабатываемость резанием, свариваемость, характеризуемая способностью металла давать прочные соединения путем их местного нагрева до пластичного или жидкого состояния.

Следующая глава >

hobby.wikireading.ru

Особенности строение металлов и сплавов

Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д.

Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки.

Строение сплавов. Для рассмотрения строения и св-в сплавов вводятся следующие понятия:

компоненты– химические элементы, входящие в состав сплава;

фаза – однородная часть системы, имеющий одинаковый состав и св-ва и отделения от остальных частей поверхн. Раздела.

Система – софокупность фаз, наход. В состоянии устойчивого равновесия.

Атомно-кристаллические несовершенства структуры

Встречающиеся в природе кристаллы, как монокристаллы, так и зерна в поликристаллах, никогда не обладают строгой периодичностью в расположении атомов т. е. не являются «идеальными» кристаллами. В действительности «реальные» кристаллы содержат те или иные несовершенства (дефекты) кристаллического строения.

Дефекты в кристаллах принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные).

Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых во всех измерениях сопоставимы с размерами атома.

Линейные дефекты в кристаллах характеризуются тем, что их поперечные размеры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации — линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.

В кристаллах встречаются и так называемые смешанные дислокации. Дислокации не могут обрываться внутри кристалла — они должны быть либо замкнутыми, либо выходить на поверхность кри­сталла.

ДЕРЕВЯННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Древесина была всегда необходимой для человеческих потребностей. Из-за своих уникальных физических свойств, древесина держит заслуженный статус как технический, материальный и функциональный товар. Древесина является стойкой, закалённой, относительно лёгкой, так как её клетки, в основном, заполнены воздухом. Будучи растительного происхождения, она мягкая, по сравнению с железом или камнем (другими материалами эквивалентной силы), и поэтому сравнительно легка в обработке, но, при этом, удивительно прочна.

Вместе с тем древесина имеет недостатки она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов

Технологический процесс изготовления деревянных конструкций включает в себя следующие операции:

Заготовка пиломатериалов,

Сушка древесины;

Сортировка;

Механическая обработка;

Нанесение защитных покрытий;

Сборка конструкций;

Контроль качества

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полимерные материалы находят всё большее применение в строительстве и других отрослях промышленности.

Различают природные и синтетические полимеры. К природным полимерам относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химич. Синтеза.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические.

Основная цепь элементоОРГ соедин. Построена из атомов кремния и кислорода.

Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния.

Органические полимеры составл. Наибольшую группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов.

Пластмассы хар-ся значительно большим, чем элатомеры, межмолекулярным взаимодействием. Пластмассы классифицруют по виду наполнителя (твердый или газообразный) и по реакции связующего полимера к повторным нагревам.

Резины (эластомеры) – низкомодульные конструкц. Мат., продукт вулканизации каучука. Это плстмассы с редкосетчатой структурой, в которым связующим выступает полимер.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Керамическими называются искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками путем их формования, сушки, обжига. Сырьем для керамических материалов служат различные глины.

Керамические материалы и изделия объединяют в группы по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или его фазовому составу. По назначению строительные керамические материалы и изделия классифицируются на стеновые материалы, пустотелые изделия для перекрытий, облицовочные материалы для наружной и внутренней отделки зданий, кровельные материалы, трубы, огнеупорные материалы, заполнители для легких бетонов, санитарно-технические изделия, специальные изделия.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Сво-ва: Водопоглощение, Предел прочности при сжатии

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Композиционные материалы, представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.)

Классификация композиционных материалов.

По виду наполнителя: а) волокнистые.

Б) С дисперсными частицами;

По схеме расположения наполнителей:

А) С одноосным расположением: параллельные волокна.

По природе компонентов:

а) содержащие Ме или сплавы;

б) содерж. неМе элементы;

в) содерж. Компонент из неорганич. Соединений;

г) Содерж. Компонент из органич. Соединений.

3.1. Волокнистые композиционные материалы. Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами.

3.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.

материалах матрица является основным элементом,несущим нагрузку

Стекловолокниты.

Стекловолокниты – это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя.

Карбоволокниты.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции,состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в видеуглеродных волокон (карбоволокон).

Карбоволокниты с углеродной матриццей.

Коксованные материалы получают из обычных полимерныхкарбоволокнитов, подвергнутых пиролизу в инертной или восстановительнойатмосфере.

Бороволокниты.

Бороволокниты представляют собой композиции из полимерногосвязующего и упрочнителя – борных волокон.

Органоволокниты.

Органоволокниты представляют собой композиционные материалы,состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в видесинтетических волокон.

ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ

Конструкционная матрица должна иметь необходимую пластичность и быть работоспособной в той области температур, для которой предназначен композит. Для изготовления композитов, работающих при t ниже 200 град. Используют полимерные матрицы. К таким композитам относятся стекло-, угле-, боро- и органопластики. Стеклопластики применяют для изготовления корпусов автомобилей, лодок, некоторых бытовых приборов. Углепластики используют в судо- и автомобилестроении, в производстве спортивного инвенторя.

Пластичность металлов сообщает конструкции необходимую вязкость. Это способствует быстрому выравниванию локальных механических нагрузок.

Таким образом, наиболее важным критерием выбора матричного материала является рабочая температура эксплуатации композита.

Помимо высокой прочности и жесткости, основными требованиями, предъявляемыми к волокнам для композитов, служат хорошее смачивание материала волокна расплавленной матрицей в процессе изготовления, слабое взаимодействие волокна с матрицей и его высокая окислительная стойкость.

Прочность и модуль упругости, а также сопротивление материалов удару для однонапраленных композиционных материалов на основе алюминия, магния и титана повышаются по мере увелечения в композиции объемного содержания волокон.

Основными недостатками являются сложность изготовления и высокая стоимость.

infopedia.su

Атомно-кристаллическое строение металлов

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ОМД

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине Металловедение

на тему

«Атомно-кристаллическое строение металлов»

Ст.преп. Горецкий Ю.В.

Алчевск 2009

«Атомно-кристаллическое строение металлов»

1. Строение металлов в твердом состоянии

Все металлы и металлические сплавы – тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металле закономерно в отличие от аморфных тел, в которых атомы расположены хаотично.

Металлическое состояние возникает в комплексе атомов, когда при их сближении внешние электроны теряют связь с отдельными атомами, становятся общими, т.е. коллективизируются и свободно перемещаются между положительно заряженными и периодически расположенными ионами.

Устойчивость металла определяется электрическим притяжением между положительно заряженными ионами и обобщенными электронами (такое взаимодействие получило название металлической связи).

Сила связи в металлах определяется силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Атомы (ионы) располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы энергия взаимодействия была минимальной (рис. 1)

Рисунок 1. Энергетические условия взаимодействия атомов в кристаллической решетке вещества

Величина а соответствует расстояние между атомами в кристаллической решетке, а а0 соответствует равновесному расстоянию между атомами. В связи с этим в металле атомы располагаются закономерно, образуя правильную кристаллическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.

Металлические состояния характеризуются высокой энергией связи между атомами. Мерой ее служит теплота сублимации (сумма энергии необходимой для перехода твердого металла к парообразному состоянию, для металла – от 20 до 200 ккал/(г·атом)).

2. Атомно-кристаллическое строение металлов

Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Атомы в кристалле расположены в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях.

Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узле которой располагаются атомы (ионы), образующие металл.

Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки (решетки).

Для характеристики элементарной ячейки задают шесть величин: три ребра ячейки a, b, c и три угла между ними α, β, γ. Эти величины называют параметрами кристаллической решетки.

Кристаллические решетки бывают простыми (атомы только в вершинах решетки) и сложными.

Металлы образуют одну из следующих высокосимметричных сложных решеток с плотной упаковкой атомов: кубическую объемноцентрированную (ОЦК), кубическую гранецентрированную (ГЦК) и гексагональную (ГПУ) (рис. 2).

ОЦК: Rb, K, Na, Li, Tiβ , Tlβ , Zrβ , Ta, W, V, Feα , Cr, Nb, Ba, и др.

ГЦК: Cu, Al, Pt, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Rh, Ir, Feγ , Coα , Caα , Ce, Srα , Th, Sc и др.

ГПУ: Mg, Cd, Re, Os, Ru, Zn, Be, Coβ , Caα , Zrα , Laα , Tiα и др.

Рисунок 2. Кристаллические решетки металлов и схемы упаковки атомов

Расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку, называют периодом решетки, измеряется в нанометрах (1нм = 10-9 см = Å= 10-8 см).

Периоды решетки металлов находятся в пределах 0,2 – 0,7 нм.

ДляОЦК: a, b, c; a = b = c.

ДляГЦК: a, b, c; a = b = c.

Для ГПУ: а, с; с/а = 1,633 (к Zn не относится)

Число атомов в каждой элементарной ячейке (плотность упаковки – равняется числу атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку):

ОЦК: ПУ (плотноупакованная) =

ГЦК: ПУ =

ГПУ: ПУ =

Координационное число – под ним понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем выше координационное число, тем больше плотность упаковки атомов:

ОЦК: расстояние (min) между атомами

ГЦК:

ГПУ: Г12 (с/а = 1,633).

Коэффициент заполнения ячейки (плотность укладки) – определяется как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки:

ОЦК: 68%

ГЦК: 74%

ГПУ: 74%

Для характеристики величины атома служит атомный радиус, под которым понимается половина расстояния между ближайшими соседними атомами. Атомный радиус возрастает при уменьшении координационного числа.

3. Полиморфные (аллотропические) превращения

Атомы металла – исходя из геометрических соображений, могут образовать любую кристаллическую решетку.

Однако устойчивым, а, следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах (т.н. полиморфных (аллотропических) модификациях). В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющего решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа.

Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, при более высокой температуре β, затем γ и т.д.

Полиморфное превращение протекает при постоянной температуре (например, при нагреве идет поглощение теплоты).

Известные полиморфные превращения: Feα ↔ Feβ ; Coα ↔ Coβ ; Tiα ↔ Tiβ ; Mnα ↔ Mnβ ↔ Mnγ ↔ Mnδ ; Snα ↔ Snβ , а также для Ca, Li, N, Cs, Sr, Te, Zr, V и др.

Металл с данной кристаллической решеткой должен обладать меньшим запасом свободной энергии.

Рисунок 3. Полиморфизм железа и его связь со свободной энергией системы

Полиморфизм железа. Из рис. 3, видно, что в интервале температур 911 – 1392°С устойчивым является γ-железо (К 12) (имеет min свободную энергию), а при температурах ниже 911°С и выше 1392°С устойчиво α-железо (К 8).

В твердом металле полиморфные превращения происходят в результате зарождения и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллов.

В результате полиморфного превращения образуется новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому превращение также называют перекристаллизацией.

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металлов и сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных свойств, механических и химических свойств и т.д.

Высокотемпературная модификация имеет высокую пластичность.

В таблице № 1 показан интервал температур существования различных аллотропических форм некоторых, имеющих практическое значение металлов, у которых обнаружена температурная аллотропия.

4. Анизотропия свойств металлов

Из атомно-кристаллического строения металлов видно, что плотность расположения атомов по различным плоскостям в кристаллических решетках неодинакова (рис. 4).

Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных плоскостях и направлениях решетки многие свойства (химические, физические, механические) каждого кристалла зависят от направления решетки. Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях называется анизотропией.

Рисунок 4. Расположение атомов в различных плоскостях и направлениях в кубической решетке (ОЦК)

Кристалл – тело анизотропное в отличие от аморфных тел (стекло, пластмассы и т.д.), свойства которых не зависят от направления.

Технические металлы являются поликристаллами, т.е. состоят из большого числа анизотропных кристаллов. В большинстве случаев, как уже указывалось выше, кристаллы статистически неупорядоченно ориентированы один по отношению к другому, поэтому во всех направлениях свойства более или менее одинаковы, т.е. поликристаллическое тело является изотропным (вернее – квазиизотропным (ложная изотропия)). Такая мнимая изотропность не будет наблюдаться, если кристаллы имеют одинаковую преимущественную ориентировку в каких-то направлениях. Эта ориентированность, или текстура, создается в известной степени, но не полностью в результате значительной холодной деформации; в этом случае поликристаллический металл приобретает анизотропию свойств.

Литература

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.

2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.

3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М., 1983.

mirznanii.com

Состав, строение и свойства металлических сплавов — журнал "Рутвет"

Оглавление:

1. Понятие о металлических сплавах
2. Классификация металлических сплавов
3. Свойства сплавов
4. Строение металлических сплавов
5. Аморфные металлические сплавы

К сожалению, древними мастерами не были оставлены описания методов обработки сплавов и информация о том, каков был их состав. А ведь в древности люди уже умели работать со сплавами и изготавливать из них различные предметы. Такую литературу можно найти, начиная со средневековья, однако, эти источники довольно сложно расшифровать, чтобы понять всю терминологию и названия сплавов. Поэтому сведения о том, каков был состав металлических сплавов того или иного предмета в настоящее время можно получить только на основании самих вещей: древних орудий труда, оружия, украшений, монет, посуды.

Сплав — макроскопическая однородная система, состоящая из двух или нескольких металлов (иногда это могут быть металлы и неметаллы), обладающие характерными металлическими свойствами. Другими словами, сплав представляет собой любую однородную систему, полученную методом сплавления металлов, неметаллов или органических соединений. Примеры металлических сплавов: сталь, бронза, чугун. Они отличаются от чистых металлов своими свойствами — прочностью, твердостью, электрическим сопротивлением.

Как правило, свои названия сплавы получают от названий элементов, которые содержатся в них в наибольших количествах. К примеру, в сплаве алюминия основным элементом является алюминий, в сплаве железа — железо.

Существуют различные типы металлических сплавов. К какому именно типу относится каждый конкретный сплав, можно определить на основании следующих факторов:

• Характер металла, являющегося в сплаве основой:

1. Цветные сплавы (основой которых являются цветные металлы).
2. Черные сплавы (основой которых является железо).
3. Сплавы радиоактивных металлов.
4. Сплавы редких металлов.

• Количество компонентов:

1. Двойные.
2. Тройные и т.д.

1. Легкоплавкие.
2. Тугоплавкие.
3. Жаропрочные.
4. Высокопрочные.
5. Коррозионно-стойкие.
6. Антифрикционные.
7. Твёрдые.

1. Гомогенные.
2. Гетерогенные.

• Технология производства сплавов:

1. Деформируемые (технология производства металла — ковка, штамповка, прессование и др.)
2. Литейные (детали изготавливаются методом литья).

Классификация металлических сплавов:

Свойства сплавов

На свойства сплавов влияет не только их состав, но и способы механической и тепловой обработки. Еще в 19 веке новые практически полезные сплавы искались методом проб и ошибок, учась также отличать металлы от неметаллов. И только в конце 19-начале 20 веков металлические сплавы и их свойства были изучены более глубоко благодаря фундаментальным открытиям в области физической химии.

В металловедении существуют следующие типы сплавов:

• Химическое соединение. (Образуется в результате химического взаимодействия).
• Твёрдый раствор. (Атомы, из которых состоит сплав, образуют общую кристаллическую решетку).
• Механическая смесь. (Характеризуется самостоятельной кристаллизацией каждого элемента сплава).

Механические свойства сплавов

Основными механическими свойствами являются вязкость, пластичность, прочность, ползучесть, твёрдость, износостойкость, выносливость. Это главные характеристики всех металлических сплавов.

Физические свойства

К физическим свойствам сплавов относятся удельный вес, электропроводность, коэффициенты объёмного и линейного расширения, теплопроводность, температура плавления, свариваемость.

Химические свойства сплавов

Химическая стойкость сплавов и металлов определяется их способностью к сопротивлению химическим воздействиям разных агрессивных сред. Характерный пример химического воздействия — процесс коррозии (окисления металлов).

Видео о металлических сплавах и их свойствах

Строение металлических сплавов

Основной элемент металлического сплава определяет своей атомной решеткой кристаллографическое строение данного сплава. Все остальные элементы по отношению к основному являются примесями. Так, строение металлических сплавов можно рассмотреть на примере стали: её кристаллографическое строение определяет кристаллографическая решетка железа, поэтому данный слав и называют сталью. Если же среди элементов, входящих в состав сплава, кристаллическую решетку образует не железо, а к примеру, кобальт или никель, то сплав будет кобальтовым или никелевым.

Чистые металлы всегда имеют более простое строение по сравнению со сплавами. Строение металлических сплавов и превращения, происходящие в них, изучаются разнообразными методами исследований.

Подавляющее большинство металлических сплавов имеют кристаллическое строение, а характеристика свойств металлических сплавов такая же, как и характеристика свойств металлов. В настоящее время строение металлических сплавов изучается с помощью методов радиографии, рентгеновского анализа.

Аморфные металлические сплавы

Аморфные металлические сплавы представляют собой сплавы и металлы, атомы которых имеют беспорядочное расположение. Свойства аморфных металлов значительно отличаются от свойств, которые присущи металлическим кристаллам, в которых атомы расположены упорядоченно.

При формировании аморфной структуры сплава происходят фундаментальные изменения таких свойств, как электрические, магнитные, механические, сверхпроводящие и другие. Некоторые из них представляют огромный интерес как для практики, так и для науки.

Поскольку в расплавленном металле атомы не могут принимать фиксированное положение в пространстве, ученые попытались «заморозить» беспорядочно расположенные атомы методом моментального охлаждения. Таким образом был изобретён метод закалки из жидкого состояния — основной способ получения металлического стекла. Аморфные сплавы, полученные таким методом, имеют такую же структуру, как и структура замороженной жидкости.

Аморфные сплавы имеют очень высокую коррозийную стойкость, магнитную проницаемость, твёрдость, прочность и, вместе с тем, высокую вязкость разрушения.

Таким образом, можно сделать вывод, что аморфные металлические стёкла обладают хорошими механическими свойствами. Однако, несмотря на это, их не используют для изготовления ответственных деталей конструкций, поскольку они имеют высокую стоимость и отличаются сложной технологией производства.

Что еще Вы можете добавить о металлических сплавах? Расскажите об этом в комментариях.

Видео о металлических сплавах

www.rutvet.ru

• 
  Дренирующий грунт это
• 
  Подъемные механизмы для строительства
• 
  Строение и свойства металлов
• 
  Основные параметры резьбы
• 
  Мерс актрос
• 
  Подшипники качения и скольжения
• 
  Тнвд мтз 80 устройство
• 
  Марка бензина
• 
  Тнвд ямз 236 устройство
• 
  Сельхоз трактора
• 
  Компрессор принцип работы