Особенности структуры сплавов » Все о металлургии

14.01.2016

Легирование металла высокопрочных сплавов приводит к образованию твердых растворов замещения или внедрения, а в случае превышения предела растворимости — к образованию избыточных фаз.
В общем случае строение металлов и сплавов характеризуется наличием структур различного масштаба, которые можно классифицировать следующим образом.
Атомно-кристаллическая структура. На атомарном уровне (размер 10в-10 м — 1 А) имеет место атомно-кристаллическая структура в виде упорядоченного расположения атомов (ионов) в узлах кристаллической решетки. На рис. 1.1 приведены наиболее распространенные типы атомно-кристаллических структур: кубическая гранецентрированная (ГЦК), кубическая объем но центрированная (ОЦК), гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Упорядоченное расположение атомов в кристаллах характеризуется наличием ближнего и дальнего порядка. Координационное число, которое определяется числом ближайших соседних атомов, равно 12 для структур ГЦК и ГПУ и 8 для ОЦК-структуры. Согласно модели жестких шаров коэффициент заполнения пространства кристаллической решетки составляет 0,74 для ГЦК- и ГПУ-структур и 0,68 для менее плотной ОЦК-структуры.

В рассматриваемых кристаллических решетках существует два типа междоузлий или пустот: октаэдрические и тетраэдрические (рис. 1.1).
Более крупные — октаэдрические — пустоты окружены шестью атомами, расположенными в вершинах правильного октаэдра. Более мелкие пустоты — тетраэдрические — распложены в вершинах тетраэдра,
Атомно-кристаллическая структура металлов и сплавов может быть представлена в общем случае ограниченным набором элементарных ячеек, характеризующих строго определенное расположение положительных ионов в пространстве, параллельными переносами которых (трансляциями) в трех измерениях можно построить всю кристаллическую решетку.
Плотное заполнение пространства «без просветов» возможно при определенном наборе элементов симметрии. В связи с этим в кристаллах отсутствуют оси симметрии пятого порядка и более высокого, чем шестой порядок.
Образование твердых растворов замещения происходит путем замещения атомов (ионов) в узлах кристаллической решетки основы сплава (матрицы) и определяется, в частности, размерным фактором. При различии размеров атомов, не превышающем 15%, существует непрерывный ряд твердых растворов, а при большем различии размеров атомов образуется твердый раствор с ограниченной растворимостью.
Твердые растворы внедрения по модели плотной упаковки жестких шаров образуются в результате заполнения междоузлий в кристаллической решетке матрицы. Растворимость элемента внедрения зависит от количества и размеров пор. Как правило, растворимость элементов внедрения мала, в частности предельная растворимость наиболее распространенного легирующего элемента внедрения в высокопрочных сплавах — углерода — составляет 0,01%, и в связи с этим в высокопрочных сплавах происходит выделение фаз внедрения.
Фазы внедрения, к которым относятся карбидные, боридные, нитридные, гидридные фазы, которым придается существенное значение в металловедении высокопрочных сплавов, обладают металлическими свойствами и образуются в результате заполнения межузлий кристаллической решетки металлических атомов (ионов) атомами внедрения. Оптимальное соотношение размеров атома внедрения и атомов матрицы согласно правилу Хегга ≥ 0,59. Следует отметить, что кристаллическая решетка металлических атомов в структуре фаз внедрения отличается от кристаллической решетки соответствующего металла.
Интерметаллические соединения представляют собой промежуточные фазы, т. е. фазы, имеющие кристаллическую решетку, отличную от решеток, образующих фазу компонентов, и обладающие металлическими свойствами. На диаграммах состояния интерметаллические соединения характеризуются областью гомогенности, поскольку их состав может отличаться от определенного стехиометрического состава. Интерметаллидные фазы, характеризующиеся отсутствием заметной растворимости, плавление которых происходит без изменения состава (разложения), т. е. конгруентно, относят к дальтонидам. Интерметаллидные фазы с широкой областью гомогенности, на линии ликвидуса которых отсутствует сингулярная точка и плавление которых происходит инконгруентно, представляют собой бертоллиды.
По своей природе интерметаллидные фазы делят на ряд классов; электронные соединения, структура которых определяется электронной концентрацией; интерметаллидные фазы, имеющие сложные решетки.

В высоколегированных сплавах образуются интерметаллидные фазы σ, Р, μ, R, χ, фазы Лавеса, которые имеют сложную элементарную ячейку, содержащую ≥ 20 атомов (рис. 1.2). При анализе этих фаз используется представление атомно-кристаллической структуры путем заполнения решетки координационными полиэдрами (многогранниками). Идея выделения координационных полиэдров в кристаллической структуре связана с образованием устойчивых группировок атомов, которые сохраняются в кристалле как целое и поэтому рассматриваются как структурные единицы.
Координационные полиэдры не заполняют целиком объем кристаллической решетки в отличие от элементарных ячеек и таким образом условно отделяют заполненную часть от незаполненной. Координационные полиэдры образуют кристаллическую структуру в результате сочленения между собой по вершинам либо по ребрам или граням.
Таким образом, структура интерметаллических соединений, которые трудно или невозможно представить в виде плотных упаковок жестких шаров, характеризуется сохранением тенденции к наибольшему заполнению пространства. Рассмотренная модель представления кристаллической структуры применяется, например, в случае интерметаллидных фаз σ, Р, μ, R, χ, образованных металлами с несколько различающимися размерами атомов и имеющих сложную элементарную ячейку. Для всех этих фаз характерны большие координационные числа и высокая степень компактности.
Упорядоченное расположение атомов в этих фазах связано с тем, что более крупные атомы занимают позиции с большим координационным числом. На ширину области гомогенности влияет соотношение атомных радиусов, однако определяющим фактором в образовании рассмотренных фаз является электронная концентрация.
Исследование атомно-кристаллической структуры осуществляется дифракционными методами структурного анализа: рентгеновским структурным анализом, электронографией и нейтронографией. Методы туннельной микроскопии, микроскопии атомных сил, атомного ионного проектора позволяют изучать положение отдельных атомов на поверхности твердых тел.
Кристаллическая структура металлов и сплавов существенным образом влияет на их физико-механические свойства. Анизотропия, т. е, различие свойств по разным направлениям, повышенная склонность к хрупкому разрушению, хладноломкость, ограничение систем скольжения при деформации определяются кристаллической структурой сплавов, структурно-фазовыми составляющими.
Аморфные структуры по уровню пространственного разрешения являются типом атомной структуры, который характеризуется наличием ближнего атомного порядка по аналогии со структурой жидкости и отсутствием дальнего порядка, характерного для кристаллического состояния. Таким образом, твердые тела с аморфной структурой представляют собой переохлажденные жидкости — металлические стекла.
Дислокационная структура. Кристаллическая структура, построенная трансляциями элементарной ячейки, является идеальной. Реальные кристаллические решетки металлов и сплавов имеют дефекты: нульмерные (точечные) — вакансии и межузельные атомы; одномерные (линейные) — дислокации; двухмерные (поверхностные) — границы блоков, зерен, дефекты упаковки и др.; трехмерные (объемные) — пустоты, поры, включения.
Дефекты кристаллической структуры оказывают существенное влияние на свойства металлов и сплавов. В металловедении дислокационная структура характеризует плотность, распределение и природу отдельных дислокаций, а также их скопления с образованием субзерен, зарождение рекристаллизованных зерен.
Основные типы дислокационных структур металлов и сплавов — ячеистая, полигональная (субзеренная) и рекристализованная структуры.
По сравнению с атомно-кристаллической структурой дислокационная структура соответствует более низкому уровню разрешения в пределах от 10 нм до сотен микрометров.
Методами исследования дислокационных структур являются: прямой метод дифракционной электронной микроскопии, метод рентгенографии, в определенной мере метод металлографии.
Влияние дислокационной структуры на свойства металлов и сплавов проявляется, например, в эффекте упрочнения при интенсивной пластической деформации (наклепе) и разупрочнения при возврате и рекристаллизации.
От дислокационной структуры существенно зависят прочностные свойства металла. Целенаправленно изменяя дислокационную структуру за счет выбора химического состава сплава, режимов его термической, термомеханической обработки, можно обеспечить высокий уровень свойств.
Тонкая, электронно-микроскопическая структура. Метод дифракционной электронной микроскопии в общем случае позволяет исследовать тонкую, или электронно-микроскопическую, структуру, т. е. структуру металла с дислокациями, дефектами упаковки, двойниками, а также структуру сплавов на стадии зонного распада и фазового старения при увеличениях 10в4—10в5.
Наноструктура, ультрадисперсная структура. Характеризуется размером областей с кристаллической структурой на уровне 10в-9 м (1 нанометр). В связи с этим значительная доля атомов (порядка 50 %) находится на поверхностях — границах кристаллитов, образуя кристаллически не упорядоченные пограничные слои. Такого типа «композиционная» структура обладает уникальными свойствами.
Ультрамелкозернистая структура (микрокристаллическая структура). Представляет собой структуру с размером зерна менее 10 мкм. Наличие ультрамелкозернистой структуры в металлических сплавах является необходимым условием проявления эффекта сверхпластичности.
Микроструктура. Металлографически выявляемая структура металлов и сплавов, для которой характерен уровень разрешения светового оптического микроскопа с увеличениями порядка 100—1000 раз. Методы рентгенографии, сканирующей электронной микроскопии также применяются для анализа микроструктуры металлов и сплавов,
Основными элементами микроструктуры являются зерна, субзерна, ячейки, дендриты, границы зерен, междендритные области, выделения частиц различных фаз, структурные составляющие (например, эвтектика, эвтектоид и др. ), дефекты структуры в виде пор, включений, микротрещин и др. Роль микроструктуры в обеспечении требуемых физико-механических свойств сплавов невозможно преувеличить. Размер зерна, внутрикристаллическая (дендритная) ликвация (химическая и структурная неоднородность), преимущественная пространственная ориентация зерен (текстура), гомогенные и гетерогенные выделения частиц второй фазы, образование зерен первичной и вторичной рекристаллизации — факторы, определяющие влияние микроструктуры на свойства высокопрочных сплавов.
Этот тип структуры характеризуется довольно широким интервалом размеров (масштаба) структурных элементов от — 1 мкм до — 1 мм. Минимальные размеры элементов микроструктуры (~ 1 мкм) характерны для дисперсных структурных составляющих (перлит, сорбит в сталях), отдельных дислокаций и их скоплений в монокристаллах, зародышей рекристаллизации в деформированных металлах. Максимальные размеры (~ 1 мм) соответствуют крупнозернистым структурам.
Макроструктура. Выявляется при визуальном наблюдении или при наблюдении с небольшим увеличением отдельных образцов, а также изделий, полуфабрикатов, слитков массой до нескольких тонн.
Масштаб макроструктуры соответствует размерам образцов и изделий от нескольких миллиметров до нескольких метров.
Макроструктура выявляет различные виды зональной ликвации и пористости в слитках высоколегированных сталей и сплавов, неоднородность структуры, например в виде зон равноосных и столбчатых кристаллов в слитках, и др.
Влияние макроструктуры сплавов на свойства изделий проявляется, например, в виде формирования волокнистой структуры деформированных изделий, способствующей повышению конструкционной прочности (например, волокнистая структура коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания). Элементами макроструктуры являются зерна первичной кристаллизации, а также дефекты структуры слитков в виде различных видов пористости, зональной ликвации, приводящие к снижению технологической пластичности высоколегированных сплавов.
Следует отметить, что в ряде случаев, в частности при анализе механизмов сверхпластичности, помимо рассмотренных структурных уровней структуры выделяют промежуточный тип структуры — мезоструктуру, определяемую как структуру промежуточного масштаба (уровня), соответствующего среднему размеру зерна.
Для современного металловедения характерен многоуровневый анализ структуры металлов и сплавов с учетом взаимосвязи между изменениями структуры различных уровней и степени их влияния но свойства. Синергетический подход и мультифрактальный формализм при анализе процессов формирования структуры материалов в сильно неравновесных состояниях рассматриваются как перспективное направление в материаловедении.
Разработка новых сплавов определяется выбором основы сплава (матрицы), легирующего элемента или комплекса элементов, заданием оптимальной их концентрации.
Диаграммы состояний высокопрочных сплавов обычно характеризуются наличием областей непрерывных и ограниченных твердых растворов легирующих элементов, образованием интерметаллидных соединений и фаз внедрения.
Особую роль играет характер распределения интерметаллидных фаз и фаз внедрения, обусловленный спецификой фазовых превращений (в виде отдельных частиц или, например, в виде эвтектики).
Кинетика распада пересыщенного твердого раствора оказывает существенное влияние на формирование структуры высокопрочных сплавов, в частности сплавов на основе никеля и алюминия.
Анализ соответствующей диаграммы состояния сплавов позволяет в предельном случае термодинамического равновесия определить физико-химические особенности взаимодействия элементов, типы образующихся фаз, таких, как граничные твердые растворы, промежуточные соединения (интерметаллидные фазы или фазы внедрения), структурно-фазовое состояние и эффективность упрочнения сплава.

• Провинция Хэбэй в Китае планирует сократить производство стали в 2016 году
• «Норильский никель» будет строить линию высокоскоростной связи в Норильске
• Ижорские заводы отгрузили оборудование на АЭС «Тяньвань»
• Латвийский завод KVV Liepajas metalurgs возобновил работу прокатного цеха
• Перспективы завода «Авистар-СП» высоко оценены губернатором
• На Валдайском механическом заводе возобновили литье колокольчиков
• Более четверти кредитов металлургических компаний Индии являются
• На ВМЗ «Красный октябрь» продолжается модернизация ковочного комплекса
• Специалисты ОАО «БМЗ» заняли третье место в конкурсе инновационных проектов Белоруссии
• Массовые увольнения готовятся на заводе Nissan в Санкт-Петербурге

Структура металлов и сплавов — Технарь

Наблюдаемое кристаллическое строение металла или сплава называют структурой. Крупное строение металла, видимое невооруженным глазом или при помощи простейшего оптического прибора — лупы, называют макроструктурой. Макроанализ применяют для выявления в металле величины, формы и расположения зерен, дендритности или волокнистости строения, ликвации серы и фосфора, усадочной рыхлости, пустот и трещин.

Строение металла рассматривают по специальным образцам — микрошлифам. Вырезанный образец шлифуют на наждачной бумаге, затем протравливают в химических реактивах, действие которых основано на способности по-разному растворять структурные составляющие, а также выявлять микропоры, трещины и другие дефекты в металле.

Мелкое строение металла, невидимое невооруженным глазом, называют микроструктурой.

Микроанализом исследуют структуру металла при помощи металлографического микроскопа. Впервые микроанализ для исследования структуры закаленной стали применил в 1831 г. П. П. Аносов, и сейчас этот метод оказывает большую помощь промышленности. Микроанализ позволяет не только определить структуру металла в литом отожженном состоянии и после различных видов термической и химико-термической обработки, после внешних механических воздействий (наклеп дробью, обкатка роликами и др.), но и установить качество металла — загрязненность его неметаллическими включениями (сульфидами, оксидами), величину зерен, глубину цементованного слоя и т. д.

Для исследования микроструктуры берется небольшой микрошлиф, вырезаемый из  испытуемого материала, одну сторону которого шлифуют, полируют и затем подвергают травлению реактивом — 4-процентным раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Выявление структуры производят в результате различного травления отдельных составляющих и различной их окраски. Цель травления — искусственно вызвать в металле неодинаковое отражение света различными структурными составляющими или получить резкие границы, отделяющие одно зерно от другого.   Наряду с обычными микроскопами в настоящее время для глубоких исследований металлов применяют электронный микроскоп, в котором вместо световых лучей используются электронные. Электронный микроскоп позволяет изучать металл при увеличении до 200 тыс. раз.

Строение стального слитка

В металлургическом производстве выплавленную в конверторах или мартеновской печи сталь заливают в металлические формы, называемые изложницами. Залитая в изложницы сталь охлаждается неравномерно. В местах, соприкасающихся со стенками изложницы, сталь быстро охлаждается, затвердевая в виде мелкозернистой плотной корки (1). По направлению к центру слитка охлаждение происходит медленнее, в результате чего образуются длинные столбчатые кристаллы, располагающиеся перпендикулярно стенкам изложницы (2). В центральной (осевой) части слитка (3) охлаждение происходит еще медленнее. Эта часть слитка состоит из равноосных кристаллов, расположенных беспорядочно, и мелких древовидных кристаллов — дендритов (4). Дендриты возникают из-за недостатка жидкого металла для образования сплошного кристалла. В верхней части слитка образуется усадочная раковина (5).

Центральная часть слитка застывает позже остальных и в ней сосредоточивается значительное количество серы, фосфора и других примесей, ухудшающих механические свойства стали. Сердцевина слитка обладает и другим недостатком — она менее плотна, чем наружная часть.

К наиболее часто встречающимся дефектам стального слитка относятся: усадочные раковины, ликвация, флокены, газовые пузыри, неметаллические включения и т. п.

Усадочная раковина представляет собой полость, образующуюся при затвердевании слитка в результате сокращения в объеме. Эта часть слитка, составляющая 12-20%, идет в отходы. Остальную часть металла применяют для различного вида проката — листов, штанг, труб, проволоки, тавровых профилей и т. п.

Ликвация — это неравномерное расположение химических элементов в слитке. Ликвацию в большинстве случаев устраняют длительным отжигом при высокой температуре нагрева.

Газовые пузыри представляют собой пустоты, имеющиеся в различных местах слитка. Они обычно образуются в середине слитка или под коркой.

К  неметаллическим включениям относятся кристаллики окиси алюминия, силикаты (кварц, стекло), печной шлак и др. Неметаллические включения нарушают сплошность стали и часто приводят к образованию трещин, особенно в процессе термической обработки.

Флокены — это маленькие нитевидные трещины, дающие в изломе металла белые пятна. Концентрация напряжений в флокенах может привести к усталостному излому. Флокены образуются в результате растворения в стали водорода. Это серьезный вид дефекта стали и его практически невозможно исправить.

Строение и свойства стали после горячей деформации. При ковке, штамповке и прокатке стальных слитков неоднородность структуры не исчезает. На поверхности кованых и катаных заготовок металл наиболее плотен, чист и прочен, а сердцевина имеет некоторую пористость и рыхлость.

При обработке стальных слитков давлением дендриты разрушаются и вытягиваются в направлении деформации. Поэтому кованая и катаная сталь состоит из длинных волокон чистого металла (оси дендритов) и металла, загрязненного неметаллическими включениями (междуосные пространства).

В каждом прутке и листе волокна строго ориентированы в направлении проката. Металл неравнопрочен относительно направления в нем этих волокон. Эта неравнопрочность проявляется главным образом при ударных нагрузках. Например, при испытании на сопротивление удару образцы, взятые поперек оси прутка, имеют ударную вязкость значительно меньшую, чем образцы, взятые вдоль оси проката.

Волокнистое строение, полученное при обработке металла давлением, сохраняется и при последующей обработке. Искусственно создавая то или иное расположение волокон в детали, можно изменять его прочность по различным направлениям. Головка болта, полученная в горячем состоянии на высадочной машине, значительно прочнее связана с его стержнем, чем головка того же болта, полученная токарной обработкой.

Детали с повышенной прочностью изготовляют таким образом, чтобы волокна металла описывали конфигурацию детали, и она испытывала напряжение в ответственных местах не вдоль волокон, а поперек. Например, в кованых зубчатых колесах требуется радиальное расположение волокон, а в кольцах подшипников — тангенциальное.

Объяснение металлических сплавов: типы, использование и многое другое

26 апреля 2022 г. | Категория: Сталь 101

Сплавы, появившиеся тысячи лет назад, стали решающим открытием, которое с тех пор сформировало наш мир. Сплавы позволяют нам создавать материалы за пределами природных элементов. Но как определяются сплавы, почему они так важны, как мы их создаем и каковы общие примеры? В этой части мы ответим на эти и другие вопросы, так что давайте начнем с самого начала.

Что такое сплав?

В самом простом определении сплав — это металл, состоящий из двух или более элементов, по крайней мере один из которых является металлом. Обычно сплавы представляют как «смесь металлов», но пока одно соединение является металлом, другое может быть неметаллическим элементом, таким как углерод или кремний. Сплавы восходят к 3500 г. до н.э., когда была изобретена бронза для укрепления инструментов и оружия путем соединения меди и олова. С тех пор мы открыли бесчисленное количество новых сплавов и усовершенствовали их, чтобы обеспечить желаемые свойства, помимо прочности. Сплавы также стали более сложными, и их можно разделить на:

• Сплавы замещения: Этот тип сплава по существу заменяет атомы, составляющие решеточную структуру основного металла, атомами дополнительного элемента. Это может произойти только в том случае, если атомы обоих соединений примерно одинаковы по размеру, например, бронза. Медь и олово имеют одинаковые атомные размеры, и при смешивании атомы олова могут вписаться в структуру металла и место атомов меди.
• Сплавы внедрения: Если атомы легирующего элемента (или элементов) намного меньше, чем атомы первичного металла, они проскальзывают между атомами первичного металла. Это позволяет им заполнять промежутки или промежутки в решеточной структуре атомов, из которых состоит сплав.

Почему используются сплавы?

Как мы упоминали выше, сплавы могут обеспечивать привлекательные характеристики, повышающие прочность основного металла, долговечность, проводимость и многое другое. В дополнение к мысли о сплавах , добавляющих характеристики или свойства к чистым элементам, смешивание с другими соединениями также может уменьшить потенциальные недостатки. Из-за этой универсальности сплавы представляют собой большинство металлических изделий, которые мы используем сегодня.

Как делают сплавы?

Самый распространенный способ изготовления сплавов является и самым старым; просто путем плавления и смешивания соединений, прежде чем дать сплаву остыть и затвердеть. Однако сплавы также можно создавать, превращая каждый из компонентов в порошкообразную форму, смешивая их вместе и сплавляя все вместе при высоком давлении и температуре. Другой метод производства сплавов называется ионная имплантация и заключается в том, что ионы проникают в поверхностный слой куска металла.

Является ли сталь сплавом?

Сталь

— это сплав, который считается одним из самых прочных доступных сплавов. Он имеет ряд вариантов, которые обеспечивают различные преимущества для определенных применений, и эти версии могут быть либо сплавами внедрения, либо комбинацией сплавов внедрения и замещения.

Состав стали

Основная сталь изготавливается путем добавления углерода (обычно около 0,5% сплава) к железу, создавая промежуточный сплав, когда гораздо более мелкие атомы углерода проскальзывают между гораздо более крупными атомами железа. Несмотря на то, что существует огромное количество марок и разновидностей стали, еще одним распространенным примером является нержавеющая сталь, которая обладает более высокой коррозионной стойкостью и не нуждается в гальванизации. Это достигается путем добавления в сплав хрома и никеля, что делает его как сплавом внедрения, так и сплавом замещения. Атомы углерода намного меньше, чем железо, но хром и никель имеют одинаковый размер и действуют как замещающий сплав, «заменяя» атомы железа.

Примеры других распространенных сплавов

В то время как сталь является наиболее распространенным сплавом, используемым сегодня, существует множество других распространенных примеров:

• Латунь: Сплав меди и цинка, часто используется в украшениях, дверных замках и медных музыкальных инструментах.
• Бронза: Сплав меди, олова и марганца, фосфора, алюминия или кремния. Часто используется в декоративных целях, музыкальных инструментах, пружинах и морских судах, таких как гребные винты кораблей.
• Чугун: Сплав железа, углерода (более 2%) и кремния, часто используется в арочных мостах, тяжелой кухонной посуде и автомобильных деталях.
• Олово: Сплав олова, меди, свинца и сурьмы, часто используемый в украшениях, посуде (до того, как стекло стало более распространенным), подвесках и других декоративных предметах.
• Стерлинговое серебро: Сплав серебра и меди, часто используемый в столовых приборах, ювелирных изделиях, музыкальных инструментах и ​​медицинских инструментах.
• Алюминий: Хотя алюминий является чистым элементом, алюминиевый сплав изготавливается путем добавления марганца или меди и часто используется в электронных технологиях, управлении ветровой и солнечной энергией, автомобильных панелях кузова и судостроении.

Общие легирующие элементы

Как вы могли заметить из приведенного выше списка, существует ряд легирующих соединений, которые используются в нескольких распространенных сплавах. Есть много других сплавов, менее известных, но не менее важных, многие из которых имеют общие легирующие элементы. Некоторые из этих агентов и их общие свойства, добавленные к сплаву:

• Никель: Повышает прочность и пластичность
• Медь: Повышает коррозионную стойкость и облегчает дисперсионное твердение
• Марганец: Повышает прочность и термостойкость
• Кремний: Повышает прочность и снижает температуру плавления
• Хром: Повышает стойкость к коррозии и истиранию, твердость и прочность

Получите прочную продукцию из углеродистой стали уже сегодня

Если вам нужен прочный металл для вашего проекта, нет лучшего варианта, чем углеродистая сталь. Этот сплав известен как один из самых прочных и универсальных материалов на планете, идеально подходящий для широкого спектра применений и отраслей. У нас есть огромный запас высококачественной стали, готовой к отправке, поэтому запросите предложение для вашего сегодня .

Что такое металлический сплав? | Разница между металлом и металлическим сплавом

Знаете ли вы, что большинство «металлов», которые мы используем, на самом деле вовсе не металлы? Эти материалы представляют собой не металлы, а сплавы, и они повсюду вокруг нас! От зубных пломб до самолетов сплавы составляют большую часть нашей повседневной жизни. Узнайте, что такое сплав и как его изготавливают здесь.

Что такое металл?

Металл — это чистый химический элемент, который можно найти в таблице Менделеева. 91 из 118 элементов периодической таблицы — это металлы, что делает их одними из самых распространенных элементов в мире.

В периодической таблице все элементы делятся на металлы и неметаллы. Что делает что-то «металлом», так это то, что он встречается в природе, имеет блеск, является хорошим проводником тепла и электричества и намного плотнее, чем неметаллы.

Существует 5 основных категорий металлов:

• Основные металлы
• Черные металлы
• Благородные металлы
• Драгоценные металлы
• Тяжелые металлы

Неблагородные металлы

Неблагородные металлы очень распространены в земной коре, и из-за их количества они недороги. Неблагородные металлы отличаются от других металлов тем, что они легче всего подвергаются коррозии или окислению. Они чрезвычайно реактивны, и такие вещи, как кислород, вода, кислоты и нахождение рядом с другим металлом, могут вызвать их коррозию. Узнайте больше о том, почему металлы ржавеют здесь.

Существует несколько различных определений «основного металла». В горнодобывающей промышленности и экономике базовые металлы — это металлы, которые не попадают ни в одну из других категорий, таких как медь, свинец, цинк и никель.

Черные металлы

Черные металлы означает, что металл содержит железо. Цветные металлы, как правило, дороже, потому что они легче, обладают большей проводимостью, немагнитны и устойчивы к коррозии. Цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, никель, олово и цинк.

Благородные металлы

Благородные металлы известны своей устойчивостью к коррозии и окислению, в отличие от неблагородных металлов. Обычно это редкие или драгоценные металлы. Ученые не согласны с точной классификацией каждого элемента в периодической таблице, но чаще всего к категории «благородных» металлов относят золото, серебро, рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платину. Хотя некоторые драгоценные металлы относятся к благородным металлам, а благородные металлы часто дороги из-за их разнообразного использования (в искусстве, высоких технологиях, ювелирных изделиях), термины «благородный металл» и «драгоценный металл» не являются синонимами.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы — это редкие элементы, встречающиеся в природе в земной коре. Самыми известными являются золото и серебро, но и другие драгоценные металлы включают рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платину. Несмотря на то, что алюминий является третьим по распространенности элементом на Земле и самым распространенным металлом, он некоторое время считался драгоценным металлом. Это потому, что было трудно надежно извлечь его из различных руд.

Некоторым из самых важных гостей Наполеона III были вручены алюминиевые столовые приборы, в то время как посетители пониже должны были есть скудной серебряной посудой. Цена значительно упала после 1882 года, а изобретение новых процессов коммерческого производства электроэнергии значительно упростило извлечение алюминия.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы считаются очень плотными. Вот об этом! Были предложены более конкретные определения, но научное сообщество еще не остановилось на одном из них. Некоторые тяжелые металлы известны своей токсичностью, в то время как другие очень важны для употребления в пищу в следовых количествах! Некоторые тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, чрезвычайно ядовиты. С другой стороны, такие металлы, как железо, кобальт и цинк, выполняют очень важные функции в организме! Вы даже можете купить железо и цинк в качестве добавок в магазине здоровой пищи.

Остальные тяжелые металлы, такие как галлий, таллий, рутений, индий и серебро, довольно безвредны. В частности, тяжелые металлы можно найти повсеместно! Они используются в клюшках для гольфа, автомобилях, антисептиках, самоочищающихся печах, пластике, солнечных батареях, сотовых телефонах, компьютерных чипах и даже ускорителях частиц на атомных электростанциях!

Что такое металлический сплав?

Сплавы, напротив, являются искусственными материалами. Вы делаете их, комбинируя металлический элемент с чем-то еще. Сплавы могут включать объединение металла с металлами, неметаллами или обоими.

Чугун — отличный пример неметаллического сплава (что немного вводит в заблуждение, потому что во всех сплавах есть «металл» — это относится ко второму или добавленному ингредиенту). Железо представляет собой смесь железа и углерода. Он может варьироваться от примерно 2-3% углерода. Узнайте больше о чугуне и кованом железе здесь!

Сплавы также иногда получают забавные названия! Как и Alnico, сплав железа, алюминия, никеля, кобальта, меди и/или титана. Некоторые из их названий представляют собой объединение названий легирующих добавок. В других случаях они просто становятся настолько популярными, что получают свое собственное более «повседневное» название, например, кованое железо.

Вы действительно можете найти сплавы повсюду. На самом деле, они могут быть более распространены, чем их чистые «металлические» собратья.

Вы найдете их в зубных пломбах (амальгама), гитарных звукоснимателях (альнико), изображающих из себя музыкальные инструменты или дверные ручки (латунь), ювелирных изделиях (белое золото), произведениях искусства (бронзовые статуи), в автомобилях и самолетах (дюралюминий), на оружии (бронза), внутри электроники (припой), внутри атомных электростанций (магнокс), на опорах зданий (сталь) и даже на обеденном столе (олово)!

Известно более 160 различных сплавов!

Структуры металлических сплавов

При увеличении металла с помощью электронного микроскопа атомы появляются в структуре кристаллической решетки. Также в эту структуру входят легирующие добавки. Как правило, существует два типа структур сплавов: сплавы замещения и сплавы внедрения. Сплавы замещения возникают, если атомы легирующего агента замещают атомы основного металла. С другой стороны, сплавы внедрения возникают, когда образуются выделения из-за того, что легирующие агенты становятся меньше основного металла.

Как производятся металлические сплавы?

Существует 3 основных метода создания металлических сплавов:

• Нагрев и плавление
• Порошковая металлургия
• Ионная имплантация

Нагрев и плавление

Нагрев и плавление — один из наиболее часто используемых методов создания сплавов. На самом деле это не так уж сильно отличается от кулинарии!

Основной металл (самый высокий % металла в сплаве) переплавляется, а любые другие металлы переплавляются до тех пор, пока они не станут жидкими. Затем их вливают друг в друга, смешивают и дают остыть в нечто, называемое «твердым раствором». Что-то вроде твердого металлического блока, эквивалентного смешиванию соли с водой, пока она не растворится.

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия — это очень круто, наверное, это самое близкое к алхимии, что у нас есть сегодня.

Во-первых, основной металл и легирующие добавки должны быть превращены в порошки! Для этого существует несколько основных методов:

Процесс обработки губчатым железом является старейшим из методов порошковой обработки. Руда смешивается с чем-то, что называется коксовой мелочью (это то, что остается от угля после его сжигания), и известью для получения специальной серы, которая предотвращает загрязнение порошкообразным исходным металлом.

Смесь кокса и извести (не то, что коктейли!) и руда помещаются в специальный барабан, между коксом и известью находится руда.

Затем барабан перегревается в печи. Ингредиенты оставляют после себя объект, похожий на бисквит, и шлак. На следующих этапах возможный порошок отделяется от шлака и измельчается до более однородной «порошковой» формы.

Затем порошок нагревают и суперпрессуют в сплав!

Другим способом превращения исходных металлов в порошок является распыление (почти как на атомных электростанциях), когда расплавленный металл проталкивается через очень узкую трубку, что создает высокое давление. Газ впрыскивается в поток кипящего металла точно так же, как он выходит из этой трубы, комбинация давления, температуры и молекул газа разделяет атомы металла.

Затем порошки смешивают и сплавляют вместе в «твердый раствор»!

Железный порошок, полученный с помощью процесса губчатого железа, является самым дешевым на мировом рынке!

Ионная реализация

Последний распространенный метод создания сплавов — ионная имплантация.

«Ионы» возникают из электричества, поэтому метод ионной имплантации включает в себя «ионный источник» (который в основном просто создает электричество), ускоритель, в котором ионы очень быстро разгоняются (трение и быстрое вращение создают тепло, которое ускоряет молекулы). ) и камеру-мишень, куда выбрасываются ионы после того, как они закончились.

Метод ионной имплантации лучше всего подходит для создания очень маленьких кусочков металла. Это наиболее распространенный метод создания полупроводников на компьютерных чипах.

Вот анимация этого процесса:

Металлические поставки и услуги в Tampa Steel & Supply

Металлические сплавы используются в различных проектах, от жилищного и коммерческого строительства до производства автомобилей и многого другого. Если вы работаете с металлическими сплавами, Tampa Steel and Supply может вам помочь. У нас есть обширный список металлических изделий, расходных материалов для изготовления и дополнительных услуг, которые могут помочь в реализации вашего проекта. Чтобы узнать больше о наших продуктах и ​​услугах, позвоните нам сегодня или посетите наш выставочный зал в Тампе.