Классификация металлов
Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.
Черные
Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:
- Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
- Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
- Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.
Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.
Цветные
Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:
- Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
- Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
- Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.
Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.
Основные виды сплавов
Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.
Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.
Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.
Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.
Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.
Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.
Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.
Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.
Алюминий
Самым распространенным на земле элементом после кислорода и кремния является алюминий — металл серебристо-белого цвета. Он хорошо прокатывается, штампуется и куется. Только трудность высвобождения чистого алюминия из его различных соединений препятствует ему стать самым дешевым и наиболее распространенным металлом на земле. Благодаря своей легкости (в 3 раза легче железа) алюминий и его сплавы нашли широкое применение в промышленности.
Все больше используется алюминий в быту — из него изготовляют посуду, легкую мебель и другие изделия. Нужно иметь в виду, что в домашних условиях алюминий трудно паять и сваривать.
Физические свойства металлов
Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.
Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.
Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.
В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?
Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.
Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции
Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции
Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла
Конструкторская прочность металлов
Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:
- критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
- критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).
Критерии оценки
Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.
Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.
3.2. Характеристика сплавов, применяемых в ортопедической стоматологии
В настоящее время в стоматологии используется свыше 500 сплавов.
Международными стандартами (ISO, 1989) все сплавы металлов разделены на группы.
1. Сплавы благородных металлов на основе золота.
2. Сплавы благородных металлов, содержащих 25—50% золота или плати или других драгоценных металлов.
3. Сплавы неблагородных металлов.
4. Сплавы для металлокерамических конструкций:
─ с высоким содержанием золота (>75%);
─ с высоким содержанием благородных металлов (золота и платины или золота и палладия — >75%);
─ на основе палладия (более 50%);
─ на основе неблагородных металлов:
- кобальта (+ хром >25%, молибден >2%),
- никеля (+ хром >11%, молибден >2%).
Более упрощенно выглядит классическое подразделение на благородные и неблагородные сплавы.
В специальной литературе до последнего времени встречается лексическая подмена двух терминов — благородный металл и драгоценный металл, которые не являются синонимами: драгоценный указывает на стоимость металла, а благородный — относится к его химическим свойствам. Поэтому элементы золото и платина являются как благородными, так и драгоценными, палладий – благородный, но намного дешевле. Серебро завоевало место в классификации драгоценных металлов, но не является благородным металлом.
Кроме того, применяемые в ортопедической стоматологии сплавы можно классифицировать по другим признакам:
─ назначению (для съемных, металлокерамических, металлополимерных протезов);
─ количеству компонентов сплава;
─ физической природе компонентов сплава;
─ температуре плавления;
─ технологии переработки и т.д.
Обобщая изложенное выше о металлах и сплавах металлов, нужно еще раз подчеркнуть основные общие требования, предъявляемые к сплавам металлов, применяемым в клинике ортопедической стоматологии:
─ биологическая индифферентность и антикоррозионная стойкость к воздействию кислот и щелочей в небольших концентрациях;
─ высокие механические свойства (пластичность, упругость, твердость, высокое сопротивление износу и др.);
─ наличие набора определенных физических (невысокой температуры плавления, минимальной усадки, небольшой плотности и т.д.) и технологических (ковкости, текучести при литье и др.) свойств, обусловленных конкретным назначением.
Металлический каркас — это основа зубного протеза, которая должна полностью противостоять жевательным нагрузкам. Кроме того, он должен перераспределять и дозировать нагрузку, обладать определенными деформационными свойствами и не менять своих первоначальных свойств в течение длительного времени функционирования зубного протеза. То есть, кроме общих требований, к сплавам предъявляются и специфические требования.
Если сплав металлов предназначен для облицовывания керамикой (см. гл. 4), он должен отвечать следующим специфическим требованиям:
─ быть способным к сцеплению с фарфором (см. табл. 31);
─ температура плавления сплава должна быть выше температуры обжига фарфора;
─ коэффициенты термического расширения (КТР) сплава и фарфора должны быть сходными.
Особенно важно соответствие коэффициентов термического расширения двух материалов, что предупреждает возникновение силовых напряжений в фарфоре, которые могут привести к отколу или трещине покрытия. В среднем коэффициент термического расширения у всех типов сплавов, которые используются для облицовывания керамикой, колеблется от 13,8·10-6°С-1 до 14,8·10-6°С-1
Коэффициент термического расширения керамической массы можно менять, вводя определенные добавки. Так, фирма «Дентсплай» (США) запатентовала методику введения лейцита в керамическую массу, которая позволяет изменять коэффициент термического расширения от 12,5·10-6°С-1 до 16·10-6°С-1
Сочетание высоких прочностных свойств литого металлического каркаса зубного протеза и внешнего вида облицовки (см. с. 99), достаточно точно имитирующей внешний вид натуральных зубов, позволяет создать эффективные и эстетичные зубные протезы.
Как указывалось выше, применяющиеся в ортопедической стоматологии сплавы делятся на две основные группы — благородные и неблагородные.
Сплавы на основе благородных металлов подразделяются на:
─ золотые;
─ золото-палладиевые;
─ серебряно-палладиевые.
Сплавы металлов благородных групп имеют лучшие литейные свойства и коррозионную стойкость, однако по прочности уступают сплавам неблагородных металлов.
Сплавы на основе неблагородных металлов включают:
─ хромоникелевую (нержавеющую) сталь;
─ кобальтохромовый сплав;
─ никелехромовый сплав;
─ кобальтохромомолибденовый сплав;
─ сплавы титана;
Физические свойства металлов
Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.
Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства – те что проявляется в покое, механические – только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла “прочность” может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют “закалку” и “старение”). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.
Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.
В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?
Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.
Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции
Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя “шов” под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции
Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла
Медные сплавы
Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.
Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.
Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.
Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 о С.
В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.
Основными сферами применения являются:
- Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
- Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
- Штампы, матрицы и пуансоны.
- Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
- Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
- Детали и узлы атомных и химических реакторов.
- Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.
Области применения твердых сплавов
Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Чугун
Если в сплаве железа содержится более 3-4% углерода, то он называется чугуном. Кроме того, его важным элементом является кремний. Из чугуна изготавливается масса деталей и готовых изделий. К примеру, блоки двигателей для автомобилей. В случае качественно сделанной отливки без полостей и каверн, изделие обладает впечатляющей механической прочностью. В этой связи стоит вспомнить хотя бы пушки 14-15 века, которые нередко выдерживали трех-четырехкратное увеличение порохового заряда.
Конечно же, применение металлов и сплавов никогда не ограничивалось исключительно военной отраслью, но зачастую получалось так, что именно эта отрасль промышленности постоянно находила новые методы обработки металла, двигая вперед всю цивилизацию.
Что такое сплав?
Сплав – это вещество, состоящее из двух или более компонентов, смешанных с металлом. Следовательно, он также имеет металлические свойства. Кроме того, сплав может иметь фиксированный или переменный состав. С учетом цели, мы делаем сплавы, чтобы улучшить существующие свойства металла или придать металлу новые свойства. В основном, цель производства сплавов – сделать их менее хрупкими, твердыми, устойчивыми к коррозии или иметь более желаемый цвет и блеск. Более того, можно изменить свойства сплава в соответствии с требованиями, варьируя добавки или легирующие материалы.
Слово легирование стало обозначать процесс, который приводит к образованию сплавов. На протяжении веков люди использовали железо, считая его очень прочным. Но это было образование стали; его сплав, который дал миру один из самых прочных конструкционных материалов. Кроме того, существует два основных типа сплавов: сплавы замещения и сплавы внедрения.
Взглянем на пример стали; это сплав, состоящий в основном из железа и небольшого количества углерода, процентное содержание которого варьируется от 0,2% до 2% в зависимости от марки сплава. Мы знаем о прочности и долговечности стали, которая намного больше, чем железо, которое мягче стали
Таким образом, очевидно, что путем легирования мы можем получить более качественные материалы и, что немаловажно, со свойствами, отличными от свойств ингредиентов сплава. Кроме того, железо – это тот металл, который делает многие сплавы, помимо стали, с такими веществами, как марганец, хром, ванадий, вольфрам и т
Д.
Интересные факты о металлах
- Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
- И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
- Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
- Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
- Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.
Какие бывают сплавы металлов список
Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д.
Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла.
В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.
Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.
Классификация однородности сплавов
Особенности никеля и его сплавов
Никель имеет особые характеристики, которые высоко ценятся в промышленном производстве. Благодаря хорошей пластичности, из него легко получать изделия различной формы с помощью технологий холодной и горячей деформации. При этом свариваемость сплавов на никелевой основе находится на высоком уровне.
Стоит отметить высокую стойкость никеля к агрессивной среде щелочных растворов и других химических веществ. Он не вступает в реакцию с кислородом в нормальных условиях, даже при нагреве до температуры 800 градусов благодаря жаростойкости. Его плотность может варьироваться в зависимости от наличия в составе таких газов, как кислород, окись углерода и водорода, а также серы, железа, кремния, свинца, марганца, цинка и других элементов.
Никель отлично взаимодействует в сплавах с большинством металлов благодаря свойству активной катализации. С его помощью можно значительно улучшить или изменить свойства различных материалов, что позволяет получать ценнейшие изделия. На сегодняшний день известно более 3000 сплавов с применением этого элемента.
Но кроме сплавов на его основе, никель может применяться в чистом виде. Очень часто его используют для формирования антикоррозийной защиты. Для ее нанесения обычно используют метод гальванизации или плакирования, который используют при защите железа и стали. С помощью такого метода можно получить материал, практически не уступающий по свойствам чистому металлу, при этом удается значительно удешевить изделия. Используя метод гальванизации, защищают алюминий, чугун, магний и цинк.
Несмотря на свою высокую стоимость, из чистого металла очень часто производят различные приборы и аппараты, а также тигли для металлургии. В химической промышленности используют цистерны, резервуары и трубки из этого металла, которые применяются для хранения и перегрузки пищевых продуктов, щелочных и иных веществ.
В процессе производства водорода его применяют в качестве конденсаторов. Также следует отметить медицинскую сферу, где очень часто применяются никелевые инструменты и приборы.
Также следует отметить, что он особо популярен в сфере строения радиоприборов и телевизионных гаджетов. Его можно считать незаменимым в атомной сфере, так как без его использования невозможно получить высокоточные аппараты дистанционного управления.
Гранулированный никель широко применяется в качестве катализатора множества химических реакций с участием углеводородов, спиртов и альдегидов. Им обычно заменяют платину и палладий, так как свойства этого гранулированного металла не уступают вышеуказанным, при этом он дешевле.
Порошкообразный никель также используется как элемент фильтрующих аппаратов, необходимых для очистки газов, топливных жидкостей и других веществ, производимых химической промышленностью.
Также подобный порошок отлично подходит для производства сплавов, поэтому очень часто именно такому физическому состоянию металла отдают предпочтение в металлургии.
В металлургической промышленности множество видов стали, особенно конструкционных, производится с никелем в качестве легирующего компонента. При этом нет разницы, будь то магнитные, немагнитные, или жаропрочные никелевые сплавы.
Наиболее часто никель используют в сплавах вместе с медью. Это позволяет получить материал, обладающий повышенными свойствами устойчивости к агрессивной среде, особенно щелочной, морской воде и повышенной влажности. Именно поэтому их широко применяют в медицине, морском деле, химической и пищевой промышленности.
Сплавы серебра и никеля имеют интересные свойства: при сплавлении только этих двух элементов получается неустойчивый материал, характерный ломкостью и предрасположенностью к появлению трещин. Но при использовании этих сплавов в качестве легирующих элементов в сплавах на основе других металлов, можно значительно повысить устойчивость к коррозии.
Чистый никель
В ювелирном деле очень часто используют его сплав с золотом. Из него получают прочные ювелирные изделия, для которых характерен белый цвет. Но у некоторых людей наблюдается аллергическая реакция на такие изделия.
Также никель в чистом виде и в составе сплавов часто используется для производства нагревательных элементов и приборов.
