Окружающие нас металлические предметы редко состоят изчистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволка имеют чистотуоколо 99,9%. В большинстве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Так,различные виды железа и стали, содержат наряду с металлическими добавкаминезначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние намеханическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальнуюмаркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разныемассовые доли других металлов.
Для изготовления сплавов применяют различные металлы.Самое большое значение среди всех сплавов имеют, стали различных составов.Простые конструкционные стали, состоят из железа относительно высокой чистоты снебольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменнойпечи, содержит около 10% других металлов, из них примерно 3% составляетуглерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали,получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам,ванадий и молибден.
Никель наряду с хромом является важнейшим компонентоммногих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическуюпрочность. Так, известная нержавеющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8%никеля. Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космическихракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при температурах выше1000 °С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают приэтом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высокимсодержанием никеля. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы.
Сплав меди, известный с древнейших времен, — бронзасодержит 4-30% олова (обычно 8-10%). До наших дней сохранились изделия избронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в средниевека орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол вМосковском Кремле также отлиты из сплава меди с оловом. В настоящее время вбронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению ихсвойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5-10% алюминия, обладаютповышенной 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. Широкое применение внародном хозяйстве нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов:свинца, марганца, сурьмы, железа и кремния.
Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля(остальное медь). Температура плавления мельхиора составляет 1170 °С. Он имееткрасивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканятмонеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав — нейзильбер — содержит,кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовленияхудожественных изделий, медицинского инструмента. Медно-никелевые сплавы константан(40% никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают оченьвысоким электрическим сопротивлением. Их используют в производствеэлектроизмерительных приборов. Характерная особенность всех медно-никелевыхсплавов — их высокая стойкость к процессам коррозии — они почти не подвергаютсяразрушению даже в морской воде. Сплавы меди с цинком с содержанием цинка до 50%носят название латунь. Латунь «60» содержит, например, 60весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под давлениемприменяют сплав, содержащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевыесплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются.Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении,химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латунямособых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другиеметаллы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы,патронные гильзы, памятные медали, а также части технологических аппаратов дляполучения различных веществ.
По следующим рецептам можно получить легкоплавкиесплавы. Сплав Ньютона: 31 массовая часть свинца, 19 частей олова и 50частей висмута. Температура плавления 95 °С. Сплав Вуда: 25 частейсвинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия. Температураплавления 60 °С. Ложка из такого сплава расплавится, если ею помешать горячийкофе. Раньше это демонстрировали в качестве шутливого опыта. Однакоперемешанный таким образом напиток ядовит из-за солей свинца и висмута!
Промышленные медно-никелевые сплавы условно можноразделить на две группы: конструкционные (или коррозионностойкие)иэлектротехнические (термоэлектродные сплавы и сплавы сопротивления).
К конструкционным сплавам относятся, куниаль,мельхиор, нейзильбер и др. Мельхиорами называют двойные иболее сложные сплавы на основе меди, основным легирующим компонентом которыхявляется никель. Для повышения коррозионной стойкости в морской воде ихдополнительно легируют железом и марганцем. Нейзильберы посравнению с мельхиорами характеризуются высокой прочностью из-задополнительного легирования цинком. Куниалями называются сплавытройной системы Cu-Ni-Al. Никель и алюминий при высоких температурахрастворяются в меди в больших количествах, но с понижением температурырастворимость резко уменьшается. По этой причине сплавы системы Cu-Ni-Alэффективно упрочняются закалкой и старением. Сплавы под закалку нагревают до900 -1000 оС, а затем подвергают старению при 500-600 оС.Упрочнение при старении обеспечивают дисперсные выделения фаз Ni3Al и NiAl.Мельхиор, нейзильбер, куниали отличаются высокими механическими и коррозионнымисвойствами, применяются для изготовления теплообменных аппаратов в морскомсудостроении (конденсаторные трубы и термостаты), медицинского инструмента,деталей точной механики и химической промышленности, деталей приборов вэлектротехнике, радиотехнике и для изготовления посуды. Мельхиор марки МН19 инейзильбер марки МНЦ15-20 используются как резистивные сплавы.
К сплавам электротехническим относятся сплавысопротивления — манганин (МНМц3-12) и константан(МНМц40-1б5) и сплавы для термоэлектродов и компенсационных проводов: копель(МНМц43-0,5).
Использованная литература:
1.Книга для чтения по неогранической химии. — А. Крицман
2.Химия для любознательных — Эю Гроссе.
СООБЩЕНИЕ
по химии
на тему: «Сплавыметаллов»
Ученика 11 «Б»класса
Тихонова Андрея.
www.ronl.ru
Реферат по химии
на тему «Сплавы»
ученика 11«Б» СШ№1
Каримова Володи
Стрежевой-2000
Окружающиенас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволка имеют чистоту около99,9%. В большинствеже других случаев люди имеют дело со сплавами. Сплавы — это системы, состоящиеиз двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающиесвойствами, присущи металлическому состоянию. Так, различные виды железа истали содержат наряду с металлическими добавками незначительныеколичества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическоеповедение сплавов. Все сплавы имеют специльную маркировку, т.к. сплавы с однимназванием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.
Дляизготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение средивсех сплавов имеют стали различных составов. Простые конструкционные сталисостоятиз железа относительно высокой чистоты снебольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменнойпечи, содержит около 10% других металов, из них примерно 3% составляет углерод,а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали получают,добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий имолибден.
Никельнаряду с хромом является важнейшим компонентоммногих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическуюпрочность. Так, известная нержавеющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химическойаппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы,которые устойчивы при температурах выше 1000 °С, то есть не разрушаютсякислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этимусловиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группусоставляют медно-никелевые сплавы.
Сплав мельхиорсодержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Он имеет красивый внешний вид.Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»).Похожий на мельхиор сплав -нейзильбер -содержит, кроме 15% никеля, до20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий,медицинского инструмента. Медно-никелевые сплавы константан (40%никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают оченьвысоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве электроизмерительныхприборов. Характерная особенность всех медно-никелевых сплавов — их высокаястойкость к процессам коррозии — они почти не подвергаются разрушению даже вморской воде… Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении,химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для приданиялатуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний,марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторовавтомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также частитехнологических аппаратов для получения различных веществ.
Для деталеймашин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а нечистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм^2 у сплавов и 25-29кгс/мм^2 у технически чистой меди .
Медные сплавы(кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимаюттермической обработки, и их механические свойства и износостойкостьопределяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругостимедных сплавов (900-12000 кгс/мм^2 ниже, чем у стали).
Основноепреимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особеннорациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многихсплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в рядеагрессивных сред и хорошей электропроводностью.
Маркиобозначаются следующим образом.
Первые буквы вмарке означают: Л — латунь и Бр. — бронза.
Буквы, следующиеза буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают:
А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо,К — кремний, Мц — марганец,
Н — никель, О — олово, С — свинец, Ц — цинк, Ф. — фосфор.
Цифры, помещенные после буквы,указывают среднее процентное
содержание элементов. Порядокрасположения цифр, принятый для латуней,
отличается от порядка, принятого длябронз.
В марках латуни первые две цифры(после буквы) указывают
содержание основного компонента — меди.Остальные цифры, отделяемые друг
от друга через тире, указывают среднеесодержание легирующих элементов.
Эти цифры расположены в том же порядке,как и буквы, указывающие
присутствие в сплаве того или иногоэлемента. Таким образом содержание
цинка в наименовании марки латуни неуказывается и определяется по
разности. Например, Л86 означает латуньс 68% Cu (в среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка;его содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60%Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1%, с железом (Ж) в количестве3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяетсявычетом из 100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.
В марках бронзы (как и в сталях)содержание основного компонента -
меди — не указывается, а определяется поразности. Цифры после букв,
отделяемые друг от друга через тире,указывают среднее содержание
легирующих элементов; цифрырасположенные в том же порядке, как и
буквы, указывающие на легирование бронзытем или иным компонентом.
Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу ссодержанием олова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%.Содержание меди определяется поразности (из 100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al, 4% Fe и 4% Ni (и82% Cu). Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si, и 1% Mn (и 96% Cu).
1.Медно-цинковые сплавы. Латуни .
По химическому составу различаютлатуни простые и сложные,
а по структуре — однофазные идвухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком. Однофазныепростые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32%цинка (латуни Л70, Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки иполутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их вэлектро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.
Двухфазныепростые латуни имеют хорошие ковкость (но главным
образом при нагреве) и повышенныелитейные свойства и используются не
только в виде проката, но и в отливках.Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкостьвыше за счет влияния
более твердых частиц второй фазы.
2.Оловянные бронзы .
Однофазные идвухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и
сопротивлении коррозии (особенно вморской воде).
Однофазныебронзы в катаном состоянии, особенно после зачительной холодной пластическойдеформации, имеют повышенные прочностные и упругие свойства .
Для двухфазныхбронз характерна более высокая износостойкость.
Важное преимущество двухфазныхоловянистых бронз — высокие литейные
свойства; они получают при литьенаиболее низкий коэффициент усадки по
сравнению с другими металлами, в томчисле чугунами. Оловянные бронзы
применяют для литых деталей сложнойформы. Однако для арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь вслучае небольших давлений пара. Недостаток отливок из оловянных бронз — ихзначительная микропористость. Поэтому для работы при повышенных давлениях параони все больше заменяются алюминиевыми бронзами.
Из-за высокойстоимости олова чаще используют бронзы, в которых
часть олова заменена цинком (илисвинцом).
3.Алюминиевые бронзы (табл. 37).
Эти бронзы всеболее широко заменяют латуни и оловянные бронзы.
У алюминиевых бронз литейные свойства(жидкотекучесть)
ниже, чем у оловянных; коэффициентусадки больше, но они не образуют
пористости, что обеспечивает получениеболее плотных отливок.Литейные
свойства улучшаются введением вуказанные бронзы небольших количеств
фосфора.
Кроме того,алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие
прочностные свойства, чем латуни иоловянные бронзы.
Алюминиевыебронзы используют в судостроении, авиации, и т.д… В
виде лент, листов, проволоки ихприменяют для упругих элементов, в
частности для токоведущих пружин.
4. Кремнистыебронзы (табл. 38)
Применениекремнистых бронз ограниченное. Используются
однофазные бронзы как более пластичные.Они превосходят алюминиевые
бронзы и латуни в прочности и стойкостив щелочных (в том числе сточных)
средах. Эти бронзы применяют дляарматуры и труб, работающих в указанных средах.
Кремнистыебронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холоднойдеформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты илипроволоки используются для различных упругих элементов.
5.Бериллиевые бронзы.
Бериллиевыебронзы сочетают очень высокую прочность и коррозионную стойкость с повышеннойэлектропроводностью.
Однако эти бронзы из-за высокойстоимости бериллия используют лишь для
особо ответственных в изделияхнебольшого сечения в виде лент, проволоки
для пружин, мембран, сильфонов иконтактах в электрических машинах,
аппаратах и приборах.
Бериллиевыебронзы после закалки и старения, т.к. растворимость бериллия в медиуменьшается с понижением температуры.
Выделение при старении частицхимического соединения CuBe повышает
прочностьи уменьшает концентрацию бериллия в растворе меди.
По следующимрецептам можно получить легкоплавкие сплавы. Сплав Ньютона: 31 массоваячасть свинца, 19 частей олова и 50 частей висмута. Температура плавления 95 °С.Сплав Вуда: 25 частей свинца, 12,5 частейолова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия. Температура плавления 60 °С. Ложкаиз такого сплава расплавится, если ею помешать горячий кофе. Раньше этодемонстрировали в качестве шутливого опыта. Однако перемешанный таким образомнапиток ядовит из-за солей свинца и висмута!
Использованная литература:
1. Книга длячтения по неогранической химии. — А. Крицман
2. Химия для любознательных — Эю Гроссе.
www.ronl.ru
works.tarefer.ru
